Документ 2384213
реклама
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации Посвящается 95-летию Самарского государственного медицинского университета В.А. Куркин, Е.В. Авдеева, О.Е. Правдивцева, А.В. Куркина, М.В. Егоров, В.М. Рыжов, Л.В. Тарасенко, В.В. Стеняева, Н.Р. Шагалиева ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ Учебное пособие для студентов 1-3 курсов фармацевтических вузов (факультетов) Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 33.05.01 (060301) – «Фармация» Самара 2014 УДК 615.32 ББК К АВТОРЫ: В.А. Куркин – зав. кафедрой фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России), доктор фармацевтических наук, профессор; Е.В. Авдеева – профессор кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, доктор фармацевтических наук; О.Е. Правдивцева – доцент кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии Самарского госу­дарственного медицинского университета, доктор фармацевтических наук; А.В. Куркина – доцент кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, кандидат фармацевтических наук; М.В. Егоров – доцент кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, кандидат фармацевтических наук; В.М. Рыжов – старший преподаватель кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, кандидат фармацевтических наук; Л.В. Тарасенко – ассистент кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России; В.В. Стеняева – ассистент кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, кандидат фармацевтических наук; Н.Р. Шагалиева – ассистент кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, кандидат фармацевтических наук РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.Н. Бубенчикова – зав. кафедрой фармакогнозии и ботаники ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, доктор фармацевтических наук, профессор; В.Д. Белоногова – зав. кафедрой фармакогнозии с куром ботаники и основ фитотерапии ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации, доктор фармацевтических наук, профессор; А.А. Амосова – старший преподаватель кафедры «Химическая технология и промышленная экология» ФГБОУ ВПО «СамГТУ», кандидат биологических наук Основы экологии и охраны природы : учебное пособие для студентов 1-3 курсов фармацевтических вузов (факультетов) / В.А. Куркин, Е.В. Авдеева, О.Е. Правдивцева и др. – Самара : ООО «Офорт», 2014. — 150 с. Учебное пособие дисциплине «Основы экологии и охраны природы» предназначено для студентов 1-3 курсов фармацевтических вузов (факультетов) Российской Федерации по специальности 33.05.01 (060301) – «Фармация». В соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности «Фармация» данное учебное пособие будет способствовать более успешному формированию и закреплению профессиональных компетенций у студентов 1-3 курсов фармацевтических вузов (факультетов), изучающих такие дисциплины, как основы экологии и охраны природы, ботаника, биология, ресурсоведение лекарственных растений, фармакогнозия. ISBN © ГБОУ ВПО СамГМУ, 2014 © В.А. Куркин, Е.В. Авдеева, О.Е. Правдивцева, А.В. Куркина, М.В. Егоров, В.М. Рыжов, Л.В. Тарасенко, В.В. Стеняева, Н.Р. Шагалиева, 2014 © Оформление. ООО «Офорт», 2014 СОДЕРЖАНИЕ Введение.................................................................................................4 Тема № 1. Предмет и задачи экологии..........................................7 Тема № 2. Основные экологические факторы........................... 15 Тема № 3. Основные среды обитания.......................................... 28 Тема № 4. Экология популяций.................................................... 38 Тема № 5. Экология экосистем..................................................... 48 Тема № 6. Круговорот веществ в природе............................... 60 Тема № 7. Биосфера как глобальная экосистема Земли......... 70 Тема № 8. Экология и здоровье человека................................. 75 Тема № 9. О сновные типы антропогенных воздействий на атмосферу................................................................ 91 Тема № 10. Основные типы антропогенных воздействий на гидросферу............................................................ 101 Тема № 11. Основные типы антропогенных воздействий на литосферу....................................... 105 Тема № 12. Основные типы антропогенных воздействий на биотические сообщества................................... 109 Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы... 116 Тема № 14. Система мониторинга окружающей среды.......... 128 Тема № 15. Экология и экономика фармацевтических предприятий. Экологическое право...................... 137 Список литературы . ........................................................................ 147 Посвящается 95-летию Самарского государственного медицинского университета ВВЕДЕНИЕ На протяжении всей истории человечества происходит процесс активного использования природных богатств. Вследствие этого из земных недр извлекают полезные ископаемые, активно используется вода, растительные, животные и земельные ресурсы. При этом вредные отходы производства возвращаются в биосферу. Этот процесс приводит к резкому снижению качества окружающей среды. Однако сильные негативные изменения биосферы стали заметны лишь в середине ХХ века. Решение глобальных и региональных экологических проблем возможно лишь на основе совместных усилиий разных стран на государственном уровне. Неслучайно, что согласно Указу Президента Российской Федерации В.В. Путина 2013 год был объявлен Годом охраны окружающей среды. Экология в настоящее время имеет ранг обобщающей науки, которая включает в себя экологические направления самых различных наук. Экологическая модернизация должна начинаться с нашего сознания и мировосприятия, и в этом отношении важнейшим элементом является экологическое воспитание, в том числе среди учащихся и студентов. Понимание важности экологических проблем, осознание собственной роли в этом процессе позволит человеку найти решения на многие вопросы. Экологическая составляющая есть во всех сферах жизни человека. Одной из ключевых мер государственной политики в сфере экологической модернизации и развития в рамках «Стратегии-2020» является определение территорий с наиболее высоким уровнем загрязнения окружающей среды и риском для здоровья населения. Экологическая политика любого предприятия должна быть направлена на снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду. Необходимо также помнить, что красоту и богатство Природы необходимо не только сохранять, но и созидать. Знание законов Природы и путей решения многих эколо- Введение 5 гических проблем может помочь в принятии правильных решений. Все вышесказанное напрямую относится к формируемой в ходе занятий по дисциплине «Основы экологии и охраны природы» профессиональной компетенции. Формируемые компетенции: Способность и готовность прогнозировать и обосновывать пути решения проблемы охраны зарослей лекарственных растений и сохранности их генофонда – ПК 6 (2). Целью занятий по дисциплине «Основы экологии и охраны природы» является приобретение знаний и практических навыков. При этом студент должен Знать: 1. Основные понятия и законы общей экологии. 2. Экологические факторы, их влияние на окружающую среду. 3. Основы экологии растений, фитоценологии, географии растений. 4. Виды природных ресурсов, особенности ресурсного природопользования, охрану окружающей природной среды, в том числе охрану лекарственных растений. 5. Экозащитную безопасность, экозащитную технику в фармацевтическом и химическом производстве. 6. Техногенные загрязнения природной среды (атмосферы, гидросферы, литосферы); загрязнения, связанные с производством лекарственных и химических веществ; методы их анализа. 7. Понятия о ПДК загрязняющих веществ атмосферы, гидросферы, почвы, а также о классах их опасности. 8. Законы биосферы и экологии. Уметь: 1. Проводить отбор проб воды поверхностных водоемов в месте выпуска промышленных сточных вод химико-фармацевтических предприятий и проводить их анализ в соответствии с действующими стандартами; проводить отбор проб атмосферного воздуха и определение в промышленных выбросах химико-фармацевтических предприятий загрязняющих веществ по НТД. 2. Давать рекомендации по использованию имеющихся в ассортименте аптечной сети лечебно-профилактических 6 Основы экологии и охраны природы средств для реабилитации здоровья населения, проживающих в неблагополучных экологических условиях. Владеть: 1. Навыками определения экологической оценки воздуха рабочей зоны, сточных вод, почвы химико-фармацевтических предприятий. 2. Навыками разработки мероприятий по профилактике загрязненности рабочей зоны, сточных вод, почвы на фармацевтических предприятиях. Тема № 1 ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ Экология – это наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с окружающей их природной средой, а также структуру и функционирование надорганизменных систем. Это определение «экологии», как науки, не является единственно верным. Иногда экологию характеризуют как «науку об окружающей среде». В некоторых случаях трактовка термина затрагивает лишь антропогенное воздействие человека на биосферу, как главную проблему науки. Впервые термин «экология» предложил Эрнест Геккель в 1866 году. Под термином «экология» первоначально понимали «сумму знаний, относящихся к экономике природы». В переводе с греческого слово экология можно перевести как наука о доме, жилище («ойкос» – дом, «логос» – наука). Экология как наука возникла на стыке самых различных наук. Прежде всего, это биология, химия, география и др. Нужно сразу отметить, что «экология» наука молодая и в настоящее время претерпевает активное развитие. Поэтому понимание термина «экология» отличается у разных авторов. Иногда даже выделяют подразделы: биоэкология и глобальная экология. В связи с этим цели и задачи также могут существенно отличаться. Обычно же экология делится на два больших раздела. Это общая экология и частная экология. Общая экология изучает общие за- 8 Основы экологии и охраны природы кономерности живой и неживой природы. Частная или специальная экология занимается изучением конкретных аспектов живых организмов. Например, взаимосвязи в растительных сообществах изучает фитоценология. В последние годы сформировался еще один раздел – прикладная экология. Этот раздел экологии занимается изучением антропогенного (промышленного) загрязнения природных объектов. Обычно речь идет о расчете конкретных показателей (ПДК), характеризующих загрязнение окружающей среды, превышение которых вызывает существенные изменения природного комплекса. Прежде всего, необходимо отметить, что является основным объектом экологии. Это экологическая система или экосистема. Определение экосистеме дают следующее: ограниченное во времени и пространстве единство, включающее не только все обитающие в нем живые организмы (Биоценоз), но и физические характеристики климата, почв и других абиотических факторов (Биотоп), а также все взаимодействия между различными организмами и между этими организмами и физическими условиями. У термина «экосистема» имеется синоним – «биогеоценоз», предложенный В.Н. Сукачевым. Некоторые авторы видят за этими понятиями различия. При изучении нашего курса, за редким исключением, эти термины мы также будем считать синонимами. Другими словами, экосистема или биогеоценоз – это совокупность организмов и условий среды. Экосистемой можно считать и естественный биоценоз, например, лес, и искусственный, например, учебная комната университета. Глобальной экосистемой является биосфера (учение о биосфере было развито В.И. Вернадским) – живая оболочка Земли. Термин «экосистема» предложен Артуром Тенсли в 1935 году. Следует отметить, что до появления этого понятия другой единицы измерения в экологии не было. Экология как наука имеет свои методы исследования, среди которых основными являются следующие: 1) метод наблюдения и описания, который заключается в сборе и описании фактов; 2) сравнительный метод, основанный на анализе сходства и различий изучаемых объектов; 3) исторический метод (изучает ход развития исследуемого объекта); Тема № 1. Предмет и задачи экологии 9 4) м етод эксперимента (делает возможным изучать явления природы в заданных условиях); 5) м етод моделирования (позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями). Немного об истории развития экологии как науки. Элементы экологических принципов можно усмотреть в работах авторов античного периода. Так, Аристотель, первый из авторов, описывая животных, указывал на их места обитания. Ученик Аристотеля Теофраст считается «отцом ботаники». Этот автор не просто описывал известные ему растения, но и пытался их классифицировать. Классификация жизненных форм растений Теофраста рассматривается в учебниках ботаники до сих пор наряду с более поздней классификацией по Раункиеру. Жизненная форма растения – следствие воздействия окружающей среды, а, следовательно, прямое указание на его место обитания. В разное время в развитие современных представлений об экологии внесли свой вклад такие ученые, как К. Линней (изучение растений, создание бинарной латинской номенклатуры растений и животных), Ж.Б. Ламарк (изучение животных и вопросов эволюции), А.Л. Лавуазье (обоснование круговорота веществ в природе), А. Гумбольдт (основоположник географии растений), Э. Геккель («крестный отец» экологии), Т. Мальтус (сформулировал представление о росте численности популяций), К.Ф. Рулье (сформулировал круг задач экологии), Ч. Дарвин (опираясь на идеи Т. Мальтуса, создал учение о естественном отборе и принципах эволюции), К. Мебиус (обосновал понятие экосистемы для животного мира), В.В. Докучаев (изучение вопросов почвообразования), В.И. Вернадский (учение о биосфере и ноосфере). Главными разделами экологии (общей части) являются следующие: 1. Аутэкология – экология отдельных особей вида. 2. Демэкология (демоэкология) – экология популяций. 3. Синэкология (биоценология) – экология сообществ. Главной целью всех направлений является изучение проблем выживания существ в окружающей среде. Однако в зависимости от раздела эта задача рассматривается по-разному: изучение зако- 10 Основы экологии и охраны природы номерностей адаптации отдельных организмов и их сообществ в окружающей среде, вопросы саморегуляции и устойчивости эко­ системы и биосферы в целом. Аутэкология – изучает взаимоотношения организма с окружающей средой и исследует действие среды на морфологию, физиологию и поведение организмов, определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам. Демоэкология – изучает динамику популяций, описывает и устанавливает причины колебания численности различных видов, изучает демографию и ряд характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой. Синэкология – исследует взаимоотношения популяций и сообществ со средой, изучает биотические сообщества и их взаимоотношения со средой, их энергетику, структуру, развитие и т.д. Все живые организмы организованы в единую сложную систему. Отдельные группы этой системы, начиная с отдельных индивидов, составляют структурные уровни организации живой природы. В настоящее время выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярно-генетический, органоидный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, экосистемый (биогеоценотический) и биосферный. Особенностью организации живого на Земле является то, что все уровни находятся в иерархическом соподчинении. То есть, меньшие подсистемы являются подсистемами более крупных систем. Причем, в одних случаях, системы и их подсистемы оказываются достаточно независимыми образованиями (особь в популяции), в других случаях, самостоятельность намного меньше (орган или клетка организма). Так, организменный уровень организации живого рассматривает проблемы адаптации организмов, механизмы, обеспечивающие устойчивое их функционирование. На популяционном уровне ведется исследование взаимоотношений между организмами, обеспечивающих существование популяций как целостной саморегулирующейся системы. Основное здесь – определение тех свойств популяции, которые представляют возможность ее неограниченного длительного существования в постоянно изменяющихся условиях Тема № 1. Предмет и задачи экологии 11 среды. Этот уровень организации очень важен из-за возможности управления популяциями со стороны человека, так как воздействия, направленные на отдельную особь популяции, практически никакого эффекта не дают. На экосистемном (биогеоценотическом) уровне основной задачей является исследование закономерностей функционирования продуктивных процессов многовидовых биоценозов. На биосферном уровне выявляются причины и механизмы изменения элементов биосферы в результате воздействия человеческой деятельности. Кроме того, экологию можно разделить на следующие разделы: экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов и др. Важным вопросом современного мира является проблема взаимо­действия человека с окружающей средой, поэтому экология на современном этапе представляет собой междисциплинарную науку. Другими словами экология имеет ранг «обобщающей» науки, находясь на стыке самых разных направлений. На стыке экологии с другими науками получили развитие такие науки, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, промышленная экология, фармацевтическая экология, экофармация, космическая экология и др. Экологическими проблемами Земли как планеты занимается глобальная экология, объектом изучения которой является биосфера. Проблемы сложного взаимоотношения человеческого общества и природы рассматривает социальная экология. В последнее время получила большое развитие валеология – наука, рассматривающая вопросы здорового образа жизни человека. Следует отметить, что с каждым годом наблюдается рост «экологически обусловленных» заболеваний человека, связанных с проживанием в экологически неблагополучных районах страны. Экология на современном этапе тесно связана с политикой, экономикой, педагогикой, правом и др. Ее методологическую основу составляет сочетание системного подхода, наблюдений, эксперимента и моделирования. 2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧАМИ ЭКОЛОГИИ Основными задачами экологии являются: – разработка теории и методов оценки устойчивости экологических систем на всех уровнях, включая биосферный; 12 Основы экологии и охраны природы – и сследование проблем популяционной экологии, экологии биотических сообществ, сохранения биоразнообразия в природе, регулирующего воздействия биоты на окружающую среду; – изучение и прогнозирование изменений биосферы под влиянием природных и антропогенных факторов и оценка экологических последствий этих изменений; – оценка состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления; – разработка и совершенствование методов управления качеством окружающей среды; – формирование биосферного мышления и экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали; – оптимизация экономических, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития общества и государства. Современный мир зачастую трактует экологию в основном как науку об охране природы. Это неверное представление, хотя оно отражает основные цели и задачи экологии. Так, основными целями экологии являются следующие: 1) охрана окружающей природы и окружающей среды; 2) рациональное природопользование. Необходимость охраны природы люди остро осознали в 50-60-х гг. ХХ столетия. Это стало следствием бурного роста индустриализации и возникшей в связи с этим проблемы рационального природопользования и охраны среды обитания человека. В настоящее время эта проблема еще более актуальна. Главные экологические проблемы современности: 1. Изменение климата, парниковый эффект (глобальное антропогенное потепление). 2. Разрушение озонового экрана и появление «озоновых дыр», снижающих защитные свойства атмосферы в отношении коротковолновой ультрафиолетовой радиации. 3. Химическое загрязнение атмосферы, образование кислотных осадков. 4. Демографический фактор. Тема № 1. Предмет и задачи экологии 13 5. З агрязнение почв, сокращение их площадей. 6. Загрязнение Мирового океана изменение свойств океанических вод. 7. Загрязнение поверхностных вод суши. 8. Радиоактивное загрязнение поверхности Земли. 9. Опустынивание обширных территорий. 10. Истребление лесного покрова Земли – основных источников кислородного баланса планеты. 11. Скопление бытового мусора, а также всякого рода твердых и жидких отходов. 12. Сокращение биологического разнообразия представителей флоры и фауны. 13. Загрязнение околоземного космического пространства космическим мусором. 14. Изменение геохимии ландшафтов. 15. Нарушение глобального и регионального экологического равновесия и, как следствие, заполнение экологических ниш новыми видами. 16. Исчерпание многих месторождений минерального сырья. 17. Усиление социальной нестабильности и появление природных катаклизмов антропогенного происхождения. В основе всех вышеперечисленных экологических проблем может лежать антропогенный фактор. Именно загрязнение окружающей среды, потребительское отношение к природным ресурсам приводит к необратимым последствиям – истощению минерального сырья, исчезновению видов растений и животных, разрушению литосферы и др. В этой связи одной из ключевых задач современности является экологическое воспитание с целью формирования экологического мышления, в основе которого лежит бережное отношение к природе и рациональное использование природных ресурсов. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Кем из авторов был предложен термин «Экосистема»: 1) В.Н. Сукачев 2) Э. Геккель 14 Основы экологии и охраны природы 3) А. Тенсли 4) К. Линней 5) К. Раункиер 2. Из предложенных ниже вариантов выберите правильное определение термина «Биосфера»: А) Живая оболочка Земли, ее глобальная экосистема. Б) Наука об охране окружающей среды. В) Число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. 3. Укажите, какой из разделов экологии изучает экологию сообществ: 1) Аутэкология 2) Демоэкология 3) Синэкология 4) Общая экология 5) Прикладная экология 4. Выберите уровень организации живой материи, при котором анализируется воздействия окружающей среды на аппарат наследственности живых организмов: 1) Молекулярно-генетический 2) Органоидный 3) Клеточный 4) Тканевый 5) Органный 6) Организменный 7) Популяционно-видовой 8) Биоценотический 9) Экосистемый (Биогеоценотический) 10) Биосферный Правильные ответы: 1-3; 2-А; 3-3; 4-1 Тема № 2 ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ ПО ТИПУ ПИТАНИЯ Степень влияния тех или иных факторов среды на организмы зависит, прежде всего, от типа питания организма. По типу питания все живые организмы можно разделить на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы представляют собой организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, эти организмы способны создавать органические вещества (углеводы) из неорганических (вода, углекислый газ и минеральные соли). В зависимости от источника энергии выделяют фототрофы и хемотрофы. Фототрофы используют для процессов биосинтеза световую энергию. К ним относятся зеленые растения (например, крапива двудомная Urtica dioica L.) и цианобактерии. Хемотрофы пользуются энергией химических связей окисления неорганических соединений (железобактерии, серобактерии, нитробактерии и др.). Гетеротрофы представляют собой организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). По способу получения пищи различают голозои (заглатывают твердые куски пищи – животные) и осмотрофы (поглощают органические вещества через клеточ- 16 Основы экологии и охраны природы ные оболочки – грибы и большинство бактерий). В зависимости от источника пищи различают биотрофы, которые питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются живыми животными) и фитофаги (питаются живыми растениями). Для сапрофитов источником пищи являются органические вещества мертвых тел или выделения животных. К ним принадлежат сапрофаги (питаются растительными остатками) и некрофаги (питаются трупами животных). Миксотрофы – это организмы, которые могут одновременно синтезировать органические вещества из неорганических и использовать для питания готовые органические соединения (насекомоядные растения, например, росянка круглолистная Drosera rotundifolia L., растения-паразиты, например, омела белая – Viscum album L., некоторые эвгленовые водоросли – Euglena viridis (O.F. Moller) Enrenberg). 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ГРУППАМ Продуценты (производители) – автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез. Консументы (потребители) – гетеротрофные организмы, потребляющие органические вещества продуцентов или других консументов (животные, некоторые растения и бактерии). Консументы бывают первого порядка (фитофаги, сапрофаги), второго порядка (зоофаги, некрофаги) и т. д. Редуценты (деструкторы) – гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ (сапрофитные бактерии и грибы). Все экологические факторы имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум – такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума Тема № 2. Основные экологические факторы 17 жизнедеятельность угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости. Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется толерантностью (валентностью, устойчивость). Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой – стенобионтными. Так, организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур – стенотермными. По отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к засолению почвы – эври- и стеногалинные и т. д. Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения факторов от оптимума; пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды и избегание неблагоприятных воздействий. Обычно приспособление вида к среде достигается сочетанием всех трех путей адаптации. Следует отметить, что живые организмы сравнительно хорошо адаптируются к периодическим факторам и плохо к непериодическим. Однако длительное воздействие непериодического фактора со временем также может вызвать адаптацию к ним (применение антибиотиков для лечения в медицине, инсектицидов в сельском хозяйстве и др.). 3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ Всего выделяют три группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные. К абиотическим факторам относятся: 1) климатические факторы (свет, тепло, воздух, вода, ветер); 2) эдафические или почвенно-грунтовые (механический и химический состав почвы, ее водный и температурный режим, рН почвы и др.); 3) топографические – условия рельефа, 4) геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников и др.). Абиотические факторы делят на физические, химические и эдафиче- 18 Основы экологии и охраны природы ские. Абиотические факторы бывают прямые и косвенные. Прямые непосредственно влияют на организм (свет, вода, почва). Косвенные действуют опосредованно (географическая широта, удаленность от океана, рельеф). Абиотические факторы иногда подразделяют на факторы-условия и факторы-ресурсы. Биотические факторы являются следствием взаимодействия живых организмов. Биотические факторы можно делить на фитогенные (влияние растений), зоогенные (влияние животных) и микробиогенные (влияние микроорганизмов). В отдельную группу выделяют антропогенные факторы, связанные с влиянием человека. При этом различают воздействие человека на окружающую среду как биологического организма и его хозяйственную деятельность (техногенные факторы). 3.1. Абиотические факторы Свет. В спектре солнечного света имеются различные области, отличающиеся по своему биологическому действию. Так, ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы всем живым существам. Они необходимы для синтеза витамина D в коже животных и человека, стимуляции роста у растений и др., в больших дозах способны обладать губительным действием и вызывают мутации. Следует отметить, что значительная часть лучей этого спектра задерживает озоновый экран атмосферы. Инфракрасные лучи – основной источник тепловой энергии. Наибольшее значение для живых организмов имеет видимый спектр солнечного света. Видимые лучи являются основным источником жизни на Земле, дающим энергию для фотосинтеза у растений. По отношению к солнечному свету выделяют гелиофиты (светолюбивые растения) – растения, обитающие в условиях хорошего освещения (имеют, как правило, мелкие листья, сильноветвящиеся побеги, значительное количество пигментов в листьях и др.), сциофиты (тенелюбивые) – растения, плохо переносящие прямые солнечные лучи (имеют крупные, тонкие листья, расположенные горизонтально, с меньшим количеством устьиц) и факультативные гелиофиты (теневыносливые) – растения, способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения (имеют переходные черты). Существует мнение некоторых исследователей, что тенелюбивых растений не существует, есть лишь тене- Тема № 2. Основные экологические факторы 19 выносливые. В подтверждение своих убеждений они приводят тот факт, что растения используют энергию света и расти в тени (без доступа света) не могут. К гелиофитам относятся растения тундр, степей, большинство древесных растений, ранневесенние растения, многие сорняки (рудеральная растительность), например подорожник обыкновенный Plantago major L., горец птичий (спорыш) Polygonum aviculare L., одуванчик лекарственный Taraxacum officinale Web., полынь горькая Artemisia absinthium L., тимьян ползучий (чабрец) Thymus serpyllum L., сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., эвкалипт прутовидный Eucalyptus viminalis Labill., дуб черешчатый Quercus robur L, тыква Cucurbita pepo L. и др. К числу сциофитов относятся плауны Lycopodium clavatum L., копытень европейский Asarum europeum L., кислица обыкновенная Oxalis acetosella L. Теневыносливыми растениями являются растения второго древесного и кустарникового яруса широколиственных и смешанных лесов, такие как боярышники Crataegus sanguinea Pall., шиповники Rosa cinnamomea L., малина Rubus idaeus L., ландыш майский Convallaria majalis L., чемерица лобеля Veratrum lobelianum Bernh. По отношению к продолжительности светового дня все организмы делятся на короткодневные (обитатели низких широт) и длиннодневные (обитатели умеренных и высоких широт). Реакция организмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Температура. Температурный режим влияет на скорость химических реакций, протекающих в живых организмах, составляющих обмен веществ. Большинство живых организмов способны переносить температурный диапазон от 0 до 50 0С. Верхним пределом жизни является 120-140 0С, нижним пределом является интервал – 190-273 0С. Такую температуру переносят лишь споры и семена некоторых растений, а также бактерии и сперматозоиды. По отношению к температуре можно выделить криофилов (обитатели в условиях с низкой температурой) и термофилов – организмы, обитающие в условиях высоких температур (например, хлопчатник мохнатый Gossypium hirsutum L.). Организмы используют как внешнюю тепловую энергию (энергию Солнца), так и внутреннюю (тепло, выделяемое при обмене веществ). В зависимости от того, какой источник энергии преобладает, организмы можно разделить 20 Основы экологии и охраны природы на пойкилотермные и гомойотермные. Пойкилотермные животные неспособны поддерживать температуру, отличную от температуры окружающей среды. К ним относятся микроорганизмы, растения, беспозвоночные животные. Гомойотермные организмы способны поддерживать температуру, отличную от температуры окружающей среды (птицы и млекопитающие). Кроме того, существуют еще гетеротермные животные, способные к частичной регуляции температуры тела (животные, впадающие в спячку или оцепенение в неблагоприятный период года – суслики, ежи, сурки и др.). Вода. Вода необходима для протекания всех внутриклеточных реакций. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к ее недостатку. По отношению к воде можно разделить растения на следующие группы: Гидрофиты – водные растения. К ним относятся тростник обыкновенный Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud., касатик желтый (ирис желтый) Iris pseudacorus L., аир болотный Acorus calamus L., рогоз узколистный Typha angustifolia L. и др. Иногда гидрофитами называют лишь наземно-водные растения, то есть погруженные в воду меньшей своей частью. Водные растения, погруженные в воду большей своей частью, выделяют в отдельную группу – гидатофиты. К этой группе относятся кубышка желтая Nuphar luteum L., стрелолист Sagittaria sagittifolia L., рдест плавающий Potamogeton natans L. и др. Гигрофиты – наземные растения, живущие в условиях повышенного увлажнения. Это растения, растущие по берегам рек и озер в условиях повышенной влажности, такие как череда трехраздельная Bidens tripartita L., девясил высокий Inula helenium L., горец перечный (водяной перец) Polygonum hydropiper L. Мезофиты – растения, растущие в условиях умеренного увлажнения. Они могут переносить непродолжительную засуху. К их числу относятся растения лугов и лесов. Это такие растения, как клевер луговой Trifolium pretense L., термопсис ланцетный Thermopsis lanceolata R. Br., ландыш майский Convallaria majalis L., горицвет весенний Adonis vernalis L., чемерица Лобеля Veratrum lobelianum Bernh., крапива двудомная Urtica dioica L., мать-и-мачеха обыкновенная Tussilago farfara L., пастушья сумка обыкновенная Capsella bursa pastoris Medic. и др. Тема № 2. Основные экологические факторы 21 Ксерофиты – растения, приспособленные к жизни в местах с недостаточным увлажнением, например, хлопчатник мохнатый Gossypium hirsutum L. Среди ксерофитов выделят суккуленты и склерофиты. Суккуленты представляют собой сочные растения, накапливающие воду в тканях своего тела. В то время как склерофиты – растения, теряющие значительное количество воды, являющиеся полной противоположностью суккулентам. К суккулентам относятся алоэ древовидное Aloe arborescens Mill., очиток большой (заячья капуста) Sedum maximum (L.) Hoffm., каланхое перистое Kalanchoe pinnata Pers. и др. К числу склерофитов относятся тимьян обыкновенный Thymus vulgaris L., полынь горькая Artemisia absinthium L., ковыли Stipa pennata L., верблюжья колючка Alhagi pseudalhagi (Bieb.) Fisch. Следует отметить, что факторы среды действуют на организм не изолированно, а совместно. Так, адаптацией листьев цветковых растений, направленной на регуляцию температуры, является сокращение транспирации (испарение воды устьицами). Почва. Важнейшими экологическими факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, валовый состав, содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др. Почвы различаются по степени кислотности. По отношению к кислотности почвы растения делят на следующие группы: ацидофилы (растут на почвах рН <6,7) к их числу относятся багульник болотный Ledum palustre L., черника Vaccinium myrtillus L. и др. нейтрофилы (растут на почвах рН = 6,7 – 7,0) к которым относятся клевер ползучий Trifolium repens L. и др. базиофилы (растут на почвах рН>7,0), к ним относятся растения степей, полупустынь и пустынь, а также растения меловых склонах. Это астрагал шерстистоцветковый Astragalus dasyanthus Pall., солодка голая Glycyrrhiza glabra L., гармала обыкновенная Peganum harmala L. и др. индифферентные виды (могут обитать на почвах с разными значениями рН). К ним относятся ландыш майский Convallaria majalis L. и др. 22 Основы экологии и охраны природы Кроме того, почвы различаются по содержанию гумуса. Выделяют следующие типы почв по содержанию гумуса: 1. Зона тундры (развитие зонального глеевого процесса и присутствие подзолистых почв): А) подзона арктических тундр (подзона полигональных почв); Б) подзона лишайниково-моховых тундр (подзона болотистых почв); В) подзона кустарников: ерников и ивняков (подзона субарктических почв с увеличением участия торфяно-болотных почв). 2. Лесная зона (развитие зонального подзолистого процесса и значительное присутствие болотных почв): А) подзона лесотундры (подзона подзолов и подзолисто-глеевых почв); Б) подзона северной тайги (подзона глеево-подзолистых почв); В) подзона средней тайги (подзона типичных подзолистых почв); Г) п одзона южной тайги (подзона дерново-подзолистых почв); Д) подзона хвойно-широколиственных лесов (подзона бурых лесных и дерново-подзолистых почв); Е) п одзона серых лесных почв. 3. Зона лесостепи (зона оподзоленных, выщелоченных, типичных черноземов, серых лесных почв). 4. Степная зона (развитие зональных черноземных почв и темно-каштановых почв, наличие солонцов и солодей): А) подзона северной степи (подзона обыкновенных черноземов); Б) подзона южной степи (подзона южных черноземов и темнокаштановых почв). 5. Зона полупустынь (развитие зональных светло-каштановых и бурых почв, значительное присутствие солончаков, солонцов и солодей): А) подзона северной полупустыни (подзона светло-каштановых и бурых почв); Б) п одзона южной полупустыни (подзона серо-бурых почв). 6. Зона пустынь (развитие зональных почв – серо-бурых, сероземов, значительное присутствие солончаков и песчаных массивов): А) подзона полынных и солянковых пустынь (подзона серобурых почв); Тема № 2. Основные экологические факторы 23 Б) п одзона саксаульников (подзона развеваемых и полузакрепленных песков); В) подзона субтропических степей – полусаванн (подзона сероземов). По отношению к валовому составу элементов питания почвы среди растений различают олиготрофы (растения, которым достаточно малого количества минеральных элементов в почве), эвтрофы (нуждаются в больших количествах зольных элементов), мезотрофы (достаточно умеренного количества зольных элементов). Выделяют также следующие группы растений: галофиты (растения засоленных почв), нитрофилы (растения, предпочитающие почвы, богатые азотом), петрофиты (растения каменистых почв), псаммофиты (растения песков). Знание связей между типом почвы и растительностью позволяет использовать знания для фитоиндикации. 3.2. Биотические факторы На живой организм действуют не только факторы неживой среды, но и биотические факторы. Биогенные факторы можно разделить по происхождению на: зоогенные и фитогенные. Фитогенные факторы в свою очередь можно разделить на: 1) прямые (контактные) механические – обхват ветвями, эпифитизм, давление и сцепление стволов и корней; 2) физиологические – симбиоз, паразитизм и полупаразитизм, срастание корней; 3) косвенные трансбиотические – через животных и микроорганизмов; 4) косвенные трансабиотические – средообразующие влияния, конкуренция, аллелопатия (химические взаимовлияния между растениями). Прямой контактный фактор характерен для растений, живущих на других растениях (на ветвях и стволах) без связи с почвой, они называются эпифиты. Растения, обитающие на листьях других растений, называются эпифиллы. Эти типы растений особенно характерны для тропических лесов. 24 Основы экологии и охраны природы К физиологическим контактам между растениями относятся такие виды взаимодействия, как паразитизм, симбиоз, срастание корней. Так, паразит повилика, питается за счет клевера или крапивы, заметно угнетает их рост, опутывает растения, не давая им распрямиться. Растение луга погремок присасывается корнями к корням других растений, пополняя за их счет водно-минеральное питание. Примером симбиоза может стать взаимовыгодное сожительство между клубеньковыми бактериями из рода Rhizobium, живущими в клубеньках растений семейства бобовых. При этом бактерии получают от растения местообитания и углеводы для питания, а растения азотистые продукты для процессов жизнедеятельности. К числу физиологических контактов некоторые авторы относят даже такое явление, как опыление растений с помощью ветра (анемофилия). Косвенные трансбиотические взаимоотношения между растениями реализуются через посредников – животных или микроорганизмов. Например, опыление растений насекомыми (энтомофиллия) или птицами (орнитофиллия). Косвенными трансабиотическими взаимоотношениями являются изменения растениями микроклимата в районе собственного произрастания с целью ослабить конкуренцию за среду обитания. Так, подстилка из опавших листьев в лесах может достигать 10 см. Она препятствует попаданию в почву и прорастанию семян растений, сформировавших эту подстилку. Так, в результате взаимодействия в окружающую среду попадают разнообразные химические вещества, выделяемые растениями. Такой способ влияния получил название аллелопатия. Основными аллелопатическими выделениями высших растений являются колины и фитонциды. Растения способны оказывать влияние как на растения одного с ними вида, так и на другие виды растений, препятствуют проникновению их на территорию обитания данной популяции. Например, летучие выделения фасоли отрицательно воздействуют на рост яровой пшеницы. Корневые выделения ястребинки волосатой препятствуют росту многих других растений, поэтому ястребинка нередко образует большие заросли. Большое количество летучих веществ выделяют хвойные растения (можжевельник, сосна), тополь, эвкалипт. Различные растения по-разному влияют на среду обитания. Виды, которые Тема № 2. Основные экологические факторы 25 своей жизнедеятельностью в наибольшей степени определяют специфичность местообитания (господствующие виды), называются эдификаторами. Так, ель образует плотный древостой, сильно затеняющий почву и обедняющий ее питательными элементами. Сильными эдификаторами являются также береза, ольха, осина, дуб. Зоогенные факторы – это воздействия животных друг на друга и окружающую среду. Так, фитофаги (лоси, олени, косули, кабаны) способствуют распространению семян. В одних случаях это происходит вследствие поедания плодов, в других – в результате случайного прикрепления семян к шерсти и перьям. Многие животные, объедая кору и молодые побеги растений, препятствуют их росту. Животные-землерои (кроты, суслики) способны вредить корневой системе растений. 3.3. Антропогенные факторы Из всех экологических факторов наибольшее значение на сегодняшний день имеет антропогенный фактор. Это, прежде всего, влияние, которое оказывает человек своей деятельностью на организмы, биогеоценозы, ландшафты, биосферу. Можно выделить следующие группы отрицательного действия: – изменение структуры земной поверхности; – изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в него вещества; – изменение энергетического и теплового баланса отдельных участков и регионов; – изменения, вносимые в биоту (исторически сложившийся комплекс живых организмов какой-либо территории). Воздействия могут быть прямыми и косвенными. Косвенное воздействие заключается в изменении ландшафтов, климата, химизма атмосферы и водоемов, а также почв. Человек сознательно и бессознательно истребляет и вытесняет одни виды животных и растений, распространяя и создавая другие, которые зачастую сильно отличаются от природных. Хозяйственная деятельность человека приводит к гибели целых фитоценозов. Прямое воздействие направлено на сокращение численности отдельных видов животных и растений. Все это лишний раз подтверждает необходимость охраны природы. 26 Основы экологии и охраны природы ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите экологические факторы, относящиеся к биотическим: 1) Свет 2) Антропогенные факторы 3) Зоогенный факторы 4) Почва 5) Температура 6) Фитогенные факторы 7) Вода 2. Из предложенного списка выберите растения, относящиеся к сциофитам: 1) Кислица обыкновенная 2) Пижма обыкновенная 3) Подорожник большой 4) Плаун булавовидный 5) Эвкалипт прутовидный 6) Хлопчатник мохнатый 3. Укажите экологическую группу для растения Эвкалипт прутовидный: 1) Гелиофиты 2) Факультативные гелиофиты 3) Сциофиты 4. Укажите вид экологического взаимодействия, который заключается в отрицательном воздействии фитонцидов на другие растения: 1) Прямые (контактные) механические 2) Физиологические 3) Косвенные трансбиотические. 4) Косвенные трансабиотические. Тема № 2. Основные экологические факторы 27 5. Укажите правильное название организмов, которые питаются, употребляя органические соединения и разлагая их до минеральных веществ: 1) Продуценты 2) Консументы 3) Редуценты Правильные ответы: 1-3,6; 2-1,4; 3-1, 4-4; 5-3 Тема № 3 ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Среда обитания – совокупность факторов, окружающих организм и влияющих на его жизнедеятельность. Другими словами это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное влияние. На нашей планете живые существа освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную. По степени заселения водная среда была первой, освоение наземно-воздушной и почвенной среды произошло гораздо позднее. Организменную среду освоили паразиты и симбионты. Водная среда. Водная среда была первичной средой на нашей планете. С этим фактом связано то обстоятельство, что жизнедеятельность подавляющего количества организмов невозможна без воды. Внутренняя среда организма является жидкой. Все химические процессы и реакции живой клетки осуществляются в водном растворе. Свойства океанической воды и ее физико-химический состав во многом определил ход эволюции. Прежде всего, это роль Мирового океана в поддержании относительно стабильного климата, позволившего живым организмам существовать более 3 млрд. лет. Солевой состав океана во многом идентичен крови человека, Тема № 3. Основные среды обитания 29 именно этим фактом некоторые ученые объясняют оздоровительные качества воды. Совокупность всех запасов воды на планете носят название – гидросфера. Общие запасы воды на Земле исчисляются количеством 1,46 * 106 трлн т, что в 275 раз больше веса атмо­ сферы. Более 75% территории Земли составляют водные пространства, из них 70,8% приходятся на долю Мирового океана. В составе гидросферы 94% всей воды приходится на океан, 4,1% на подземные воды, ледники составляют 1,6%, озера занимают 0,016%, почвенная влага – 0,005%, а речные воды составляют лишь 0,0001%. Причем 98% всей воды на планете – соленая вода, лишь 2% пресная вода. С каждым годом растет потребность человечества в питьевой воде. В некоторых районах планеты эти вопросы стоят особенно остро. Вода, как среда обитания живых организмов, имеет ряд черт, существенно отличающих ее от других. Прежде всего, это высокая плотность водной среды, дефицит кислорода и относительная однородность и стабильность во времени. Это позволило сформировать у ее обитателей ряд характерных черт, такие как обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляция. В океанах и морях различают следующие зоны: пелагиаль – толща воды, бенталь – дно. Кромка берега, заливаемого во время приливов, называется литораль. Выше этого располагается часть берега, увлажняемая брызгами прибоя, супралитораль. Плавно понижающаяся материковая отмель называется сублиторальной зоной. Следующий за ней крутой материковый склон – батиаль. Ложе океана называется абиссаль, глубоководные желобы – ультраабиссаль. Все живые организмы, населяющие океан, делятся на три экологические группы: бентос, планктон и нектон. Бентос представляет собой совокупность организмов, обитающих на дне морей и океанов. Все они ведут прикрепленный к субстрату образ жизни, причем не обязательно ко дну, бентосные формы могут прикрепляться к другим растениям, например, водорослям, и животным, таким как кораллы. К бентосным организмам относятся растения, например, водоросль ламинария (морская капуста) Laminaria saccharina Lam., из животных – асцидии. Они также могут быть представлены роющими формами (черви, моллюски), ползающими (иглокожие), свободно плавающими у самого дна 30 Основы экологии и охраны природы (рыбы, ракообразные). С глубиной, начиная с 4000 м, живые существа встречается очень редко. Планктон – организмы, находящиеся во взвешенном состоянии в воде (эвглена зеленая Euglena viridis O.F. Muller., хламидомонада Chlamydomonadas sp., хлорелла Chlorella sp.). Различают фитопланктон, представляющий собой совокупность растительных организмов и зоопланктон, являющийся совокупностью представителей животного мира. Бактериопланктон – микроскопические организмы, способные к фотосинтезу при более низком уровне освещенности, чем другие представители фитопланктона. Нектон – организмы, живущие в толще воды и способные перемещаться независимо от течений. Сюда относятся рыбы (треска атлантическая Gadus morrhua L.), млекопитающиеся и др. В пресноводных водоемах встречаются ряска малая Lemna minor L., свободно плавающая на поверхности водоема; кубышка желтая Nuphar luteum L.,прикрепленная корнями ко дну; рдест плавающий Potamogeton natans L., прикрепленный корнями не ко дну, а к другим растениям или другому субстрату водоема. Наземно-воздушная среда. Эта среда является наиболее сложной по условиям экологических факторов. При этом именно в ней обитает подавляющее количество живых обитателей. Характерными особенностями являются неоднородность среды, обилие света, большая амплитуда изменений экологических факторов, действие сил гравитации. Данная среда обитания очень подвижна во времени. Все это позволило эволюционным процессам создать многообразие форм жизни. Следует отметить, что атмосфера предохраняет жизнь на Земле от метеоритных бомбардировок из космоса и способствует сохранению тепла, не давая ему рассеиваться в космическом пространстве. Озоновый слой атмосферы служит защитным экраном для ультрафиолетовой радиации, губительной для всего живого. Условия жизни во многих местах обусловлены, прежде всего, погодными условиями и географическими условиями района. Жизнь на суше во многом обязана газовому составу атмосферы. Высокое содержание кислорода позволяет живым организмам формировать высокий уровень метаболизма. Известно, что кислород в атмосферу выделяется благодаря процессу фотосинтеза, который осуществ- Тема № 3. Основные среды обитания 31 ляется в растениях. Все особенности среды обитания позволили ее обитателям сформировать опорный скелет, механизм регуляции гидротермического режима. Почва. Почва – это рыхлый поверхностный слой земной коры, который образовался в процессе выветривания, деятельности живых организмов, разложения органических остатков и перемешивания полученных веществ. В процессе формирования почвы возникает характерная слоистость, которую называют горизонты. Горизонты составляют профиль почвы. Цвет почвы и ее структура меняется с глубиной от темного гумусного к светлому или глинистому. Слой гумуса в богатых черноземных почвах составляет 1-1,5, а иногда и 3-4 м, в бедных около 10 см. Под пологом леса на почве образуется также подстилка из опавших листьев и частей растений. Такая подстилка также играет важную роль в образовании почвы, меняясь от типа леса. Так, в еловом лесу на 1 га находится 6 т подстилки, в сосновом лесу на 1 га – 4,1 т, в дубовом лесу на 1 га – 3,9, в листвиничном лесу на 1 га – 2,7. Еловая подстилка характеризуется кислой реакцией среды, дубовая – щелочной. Почва, с одной стороны, является участником круговорота веществ, с другой, – основой для воспроизводства биомассы. Для получения основной сельскохозяйственной продукции человечество использует около 10% суши под пашню и около 20% под пастбища. Микроорганизмы заселяют почву по всей ее толще, встречаясь даже на уровне залегания нефти, а это около 5-7 км. В то время как корни растений и животные встречаются лишь в ее верхних горизонтах. Почвенный слой – наружный слой твердой оболочки Земли – литосферы. Основными свойствами почвы, как экологической среды являются: ее физическая структура, механический и химический состав, кислотность, окислительно-восстановительные условия, содержание органических веществ, аэра­ция, влагоемкость и увлажнение. Важным фактором является ее термический режим, который в почве более постоянный, особенно на большой глубине. Для почвы характерны дефицит или полное отсутствие солнечного света, высокая плотность и неоднородность в пространстве. Условия жизни в почве более постоянны во времени, чем в наземно-воздушной среде и более динамичны, чем в водной и организменной среде. Для обитателей почв характерны нали- 32 Основы экологии и охраны природы чие роющих конечностей, редукция глаз, исчезновение пигментов для животных. Среди обитателей почв преобладают сапрофаги. В почве обитают грибы, например, трюфели. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв (несколько тысяч), а это требует исключительной грамотности их использования. Наиболее характерны следующие типы почв: 1) почвы влажных тропиков и субтропиков, преимущественно красноземы и желтоземы, характеризующиеся богатством минерального состава и большой подвижностью органики, 2) плодородные почвы саванн и степей – черноземы, каштановые и коричневые почвы с мощным гумусным слоем, 3) скудные и крайне неустойчивые почвы пустынь и полупустынь, относящиеся к различным климатическим зонам, 4) относительно бедные почвы лесов умеренного пояса – подзолистые, бурые и серые лесные почвы, 5) мерзлотные почвы, обычно маломощные, подзолистые, глеевые, обедненные минеральными солями со слабо развитыми гумусовым слоем. Почва – главный фундамент жизни. Земля накапливалась многие тысячелетия со скоростью: 1 см за 100, иногда 300 лет. Человечество разрушает почву примерно 1 см за 3 года. Это может привести к катастрофе, ведь на сегодняшний день почву получить синтетическим путем невозможно. Основные причины потерь и деградации почв следующие: – ветровая и водная эрозия при механической обработке; – отведение земель под строительство городов, предприятий и др.; – затопление при строительстве ГЭС; – загрязнение отходами производства и быта; – закисление кислотными дождями; – засоление при неграмотной мелиорации; – потери при аварии на АЭС. Живые организмы как среда обитания. Организм также может быть средой обитания для паразитов и симбионтов. Ис- Тема № 3. Основные среды обитания 33 пользование одних организмов в качестве среды обитания – наиболее древнее явление в природе. Паразитизм – наиболее частая форма существования. Паразитизм. Эта форма взаимоотношений живых организмов носит антагонистический характер. Паразитом называется организм, использующий другого в качестве источника пищи и среды обитания. Паразит тесно связан с хозяином в своем жизненном цикле, при этом он никогда не умерщвляет своего хозяина, так как при этом лишается источника существования. Паразиты делятся на облигатных (обязательных) и факультативных (необязательных). Облигатные паразиты абсолютно неспособны жить вне организма хозяина. К таким паразитам относятся многие паразиты человека: аскариды, острицы. Факультативные паразиты способны жить как в организме хозяина, так и в других средах. Паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина, называются эктопаразиты (блохи, вши, клещи и др.). Паразиты, живущие в тканях, полостях и клетках хозяина, называются эндопаразиты (вирусы, бактерии, гельминты и др.). Паразитизм явление очень распространенное. Паразиты пользуются особыми преимуществами в жизненных условиях, по сравнению с другими животными. Среда обитания в случае паразитов имеет большое постоянство во времени. Паразиты отличаются быстрым ростом. Это происходит вследствие легкодоступного питания, которое не нуждается в переваривании. По этой причине у многих редуцирована пищеварительная система. Паразитам присуща большая плодовитость, в организм хозяина они могут проникать разными путями. Для выживания они должны переходить от хозяина к хозяину. Известны паразиты среди всех групп живых существ. Причем чем ниже живые существа находятся на эволюционной лестнице, тем больше среди них паразитов. В растительном мире также имеется немало паразитов. Так, паразитом является омела белая Viscum album L., обитающая на березах, осинах, ивах, дубах, соснах, яблонях, грушах. Фотосинтез это растение осуществляет самостоятельно, а воду и минеральное питание получает из ветвей растения на котором обитает с помощью гаусторий – присосок. Причем, обитая на различных растениях, омела имеет различный химический состав. Обитание на ветвях ивы способствует накоплению в 34 Основы экологии и охраны природы листьях омелы салицилатов, способных оказывать антиагрегантное действие, что обусловливает возможность применения этого растения в терапии гипертонической болезни. К полупаразитам относятся многие представители семейства Норичниковых, такие как погремок, очанка, зубчатка и др. Под землей корни полупаразитических растений присасываются к корням других растений, чаще всего это злаки, и получают часть минерального питания от них. Иногда присоски прикрепляются к корням деревьев, а в некоторых случаях к корням других растений того же вида. Существуют бесхлорофилльные растения-паразиты. Они, как правило, обитают в лесах. К ним относятся Петров крест чешуйчатый (Lathaea squamaria L.), подъельник обыкновенный (Hypopitys monotropa Grantz.), гнездовка настоящая (Neottia nidus-avis (L.) Rich). Большое количество паразитов среди грибов (ржавчинных, головневых, мучнисторосяных). Например, паразитом злака ржи является гриб спорынья (Claviceps purpurea Tulasne.), применяемый в медицинской практике. Другой пример – березовый гриб чага (Inonotus obliquus Pil.). Зачастую средой обитания растения являются другие растения. Это характерно для растений-эпифитов. Эпифиты используют в качестве среды обитания стволы и ветви других деревьев, эпифилы – листья других растений. При этом эпифиты и эпифилы, не паразитируя на них, получают питание из окружающей среды, и используют другие растения лишь в качестве опоры. Среди эпифитов много лишайников, мхов, к ним относятся некоторые тропические папоротники, а также представители орхидных и бромелиевых. Следует отметить, что ко многим паразитам со временем, в ходе эволюции, организм может выработать иммунитет. В других случаях живые организмы зачастую энергично реагируют и противостоят воздействию паразитов. Характерным примером последнего является образование своеобразных капсул на листьях и стволах растений, изолирующих паразита – галлы. Образование галлов (чернильных орешков) характерно для многих растений, как известно, в них содержится большое количество дубильных веществ. Они применяются в медицинской практике в качестве источника танина. Тема № 3. Основные среды обитания 35 2. ЖИЗНЕННЫЕ ФОРМЫ РАСТЕНИЙ Одним из следствий морфологической адаптации организмов к условиям внешней среды является формирование определенной жизненной формы организмов. Жизненной формой организма называется морфологический тип приспособления растения или животного к основным факторам местообитания и определенному образу жизни. Теофраст разделил все жизненные формы на деревья, кустарники и травы. Современная классификация жизненных форм по К. Раункиеру делит растения на следующие группы: 1. Фанерофиты – почки возобновления, открытые или закрытые находятся высоко над поверхностью почвы (выше 30 см). К ним относятся деревья и кустарники, такие как рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.) и облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.), шиповник коричный (майский) (Rosa cinnamomea L.), черная смородина (Ribes nigrum L.), абрикос обыкновенный (Armeniaca vulgaris Lam.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), липа сердцевидная (Tilia cordata Mill.) и др. 2. Хамефиты – почки возобновления у поверхности почвы или не выше 20-30 см. Это кустарнички, такие как багульник болотный (Ledum palustre L.), чабрец (тимьян ползучий) (Thymus serpyllum L.), брусника (Vaccinium vitis idaea L.) и др. 3. Гемикриптофиты – почки возобновления у поверхности почвы, или в самом поверхностном ее слое, часто покрытом подстилкой. К их числу относится родиола розовая (Rhodiola rosea L.), зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.) и др. 4. Криптофиты – почки возобновления скрыты в почве (геофиты) или под водой (гелофиты и гидрофиты). Это такие растения как крапива двудомная (Urtica dioica L.), (Tussilago farfara L.), чеснок (Allium sativum L.), пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Desv.ex Nevski), ландыш майский (Convallaria majalis L.) и др. 5. Терофиты – возобновление после неблагоприятного времени года только семенами. К особым формам относят растения-эпифиты и лианы. Это такие растения как череда трехра- 36 Основы экологии и охраны природы здельная (Bidens tripartita L.), пастушья сумка (Capsella bursa pastoris Medic.), подорожник большой (Plantago major L.) и др. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Из предложенного списка выберите экологическую группу водного растения Chlorella sp.: А) Бентос Б) Планктон В) Нектон 2. Из предложенных ниже вариантов выберите среду обитания, характерную для обитания: А. Березовый гриб чага Б. Трюфель летний 1) Водная среда 2) Почвенная среда 3) Наземно-воздушая среда 4) Организменная среда 3. Выберите жизненную форму по К. Раункиеру, характерную для следующих растений: А. Пырей ползучий Б. Тимьян ползучий (чабрец) 1) Фанерофиты 2) Хамефиты 3) Гемикриптофиты 4) Криптофиты 5) Терофиты 4. Выберите признаки, характерные для почвенной среды обитания: 1) Недостаток солнечного света, обилие микроорганизмов, относительная стабильность во времени. 2) Обилие света, постоянные изменения в достаточно широких пределах, неоднородность в пространстве. Тема № 3. Основные среды обитания 37 3) Высокая плотность, отсутствие солнечного света, дефицит кислорода, однородность и относительная стабильность во времени. 4) Ограниченность пространства, обилие питательных веществ, отсутствие действия многих негативных факторов окружающей среды. 5. Выберите правильное название для паразитов, которые могут существовать не только с хозяином, но и без него: 1) Облигатный паразит 2) Факультативный паразит 3) Временный паразит Правильные ответы: 1-Б; 2 – А-4, Б-2; 3 – А-4, Б-2; 4-3; 5-2 Тема № 4 ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ 1. ОСНОВНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКОЛОГИИ ПОПУЛЯЦИЙ Популяция – совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Это 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. Популяция является структурной единицей вида и единицей эволюции, другими словами, это ячейка биоты. Ареал – пространство, на котором популяции или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности, называется ареалом (область распространения). Ареал может быть сплошным или разорванным (дизъюнктивным), если между его частями возникают непреодолимые преграды (водные, орографические и др.), то выделяют различные центры ареалов: географический центр, центр возникновения вида в пределах ареала, центр обилия – часть ареала, на которой сосредоточено наибольшее количество особей. В зависимости от величины ареала и характера распространения различают космополитов, убиквистов, эндемиков и реликтовые виды. Тема № 4. Экология популяций 39 Космополиты – виды, представители которых встречаются на всех материках и имеют очень широкий ареал обитания. Таких видов очень мало, большинство видов являются полукосмополитами. К их числу относятся одуванчик лекарственный. Эндемики занимают небольшие ограниченные ареалы обитания. Эндемиком Казахстана является полынь цитварная, эндемиком Самарской области – тимьян жигулевский. Реликты – виды, имевшие некогда более широкое распространение, чем в современных условиях, занимающие остаточные узкие ареалы. К числу реликтовых растений относится гинкго двулопастной – Ginkgo biloba L. Различают ареалы растений, семейств и ареалы типов растительности. Границы ареалов удобно наносить на карту – так получаются карты ареалов. Ареалы могут быть сплошными, когда места обитания растений представлены на карте сплошной широкой полосой или разорванным, когда ареал простирается в виде узких полосок, охватывая лишь края материка. Разорванный ареал характерен для растений приморского климата. Растения со сплошным ареалом называются космополиты. Растения, ареал которых локализован на очень малой территории и более они нигде не встречаются, называются эндемиками, а их ареалы эндемичными. Вымирающие виды – остатки флор минувших геологических эпох – реликты (наиболее известны «живые ископаемые» гинкго билоба и секвойя). Их ареалы также ограничены. Реликтами могут быть не только отдельные виды, но и целые ассоциации, например, неогеновые леса Талыша или роща пицундской сосны на побережье абхазской Колхиды. Такие реликты называют еще «палеоэндемиками». Существуют и «неоэндемики», то есть виды, образовавшиеся совсем недавно и не успевшие широко расселиться. При наложении ареалов близкородственных видов возможно появление гибридных форм, особенно если эти виды совпадают по срокам цветения. Так, в местах совместного произрастания тополя серебристого и осины (тополя дрожащего) появляется новый вид – тополь сереющий, представляющий собой гибрид первых двух видов. Ареалы близкородственных видов растений могут замещать друг друга в эколого-географических ситуациях. Такие виды называются викарирующими или корреспондирующими. Примерами викарирующих видов являются многие виды 40 Основы экологии и охраны природы хвойных лесообразующих пород: лиственница, ель, сосна. Так, в Западной и Восточной Европе широко распространена ель обыкновенная, а за Уралом аналогичные условия занимает ель сибирская, в Приморье- ель саянская, а в горах Тянь-Шаня – ель Шренка. Однако большинство родственных растений разделены в природе либо большими расстояниями (разные материки), либо преградами (горы, моря), либо сроками цветения. Эти преграды стираются при интродукции растений в условиях ботанических садов и опытных участков. Таким путем получаются новые формы растений, не имеющие аналогов в природе. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОПУЛЯЦИЙ Популяции различают по размерам и степени генетической самостоятельности, длительности существования, способу распространения особей и т. д. По размерам популяций и степени генетической самостоятельности различают элементарные популяции, или локальные популяции – элементарная группировка особей, характеризующаяся практически полной панмиксией. Экологические популяции – совокупность пространственно смежных элементарных популяций. Географические популяции – совокупность групп пространственно смежных экологических популяций. По способности к самовоспроизведению и самостоятельной эволюции популяции бывают перманентные или постоянные – относительно устойчивые в пространстве и во времени, способные к неограниченному длительному самовоспроизведению (являются элементарными единицами эволюции), и темпоральные или временные – неустойчивые во времени и неспособные к длительному самовоспроизведению, с течением времени либо преобразуются в перманентные, либо исчезают. По способу размножения популяции делятся на панмиктические – состоящие из особей, размножающихся лишь половым путем, для которых характерно перекрестное оплодотворение, и клональные – состоящие из особей, для которых характерно только бесполое размножение, а также клонально-панмиктические – присутствует как половое, так и бесполое размножение. Популяции, будучи групповыми объединениями, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельной особи. Различают свойства популяции и структуру популяции. Тема № 4. Экология популяций 41 3. СВОЙСТВА ПОПУЛЯЦИИ Популяции характеризуются рядом свойств: численность, плотность, рождаемость, смертность, скорость роста, выживаемость, стратегия и др. Численность – число особей в популяции. Численность популяции может значительно изменяться во времени. Она зависит от биотического потенциала вида и внешних условий. Плотность – число особей, или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема. Рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Различают максимальную рождаемость (максимальную реализацию возможности рождения при отсутствии лимитирующих факторов среды) и фактическую рождаемость (реальную реализацию возможности рождения). Смертность – число особей, погибших за единицу времени. Различают минимальную смертность (минимально возможную величину смертности) и фактическую смертность (реальную величину смертности). Скорость роста популяции – изменение ее численности в единицу времени. Скорость роста популяции может быть положительной, нулевой и отрицательной. Она зависит от рождаемости, смертности и миграции (иммиграции и эмиграции) (рис. 1). Скорость роста популяции может быть выражена в виде кривой 1 или кривой 2. С этим связана стратегия популяции (рис. 1). Стратегия популяции. R – стратегия популяции из быстро размножающихся, но менее конкурентоспособных особей. ДанРис. 1. Кривые роста численности популяций [12, 17]. ные популяции имеют J–образную кривую роста численности Обозначения: 1 – J–образная кривая; 2 – S–образная кривая; (экспоненциальная кривая), не К – емкость среды. 42 Основы экологии и охраны природы зависящие от плотности популяции. Такие популяции быстро расселяются, но они малоустойчивы. К ним относятся бактерии, тли, однолетние растения, мыши, крысы и др. Эти существа отличаются быстрым ростом, но небольшой продолжительностью жизни. Они дают многочисленное потомство. К – стратегия популяции из медленно размножающихся, но более конкурентно способных особей. Имеют S – образную кривую роста численности (логистическая кривая), зависящую от плотности популяции. Такие популяции имеют стабильные местообитания, например, у человека, кондора, деревьев. Скорость роста снижается при достижении предельной численности. К – предельная плотность насыщения предельной численности. Выживаемость – число особей (в процентах), сохранившихся в популяции за определенный промежуток времени. Выживаемость зависит от ряда причин: возрастного и полового состава популяции, действия тех или иных факторов среды и др. Выживаемость можно выразить в виде кривой выживаемости (рис. 2). Кривая I свойственна организмам, смертность которых на протяжении всей жизни мала, но резко возрастает в ее конце (насекомые, погибающие после кладки яиц или популяции людей в развитых странах). Кривая III отражает массовую гибель особей в начальный период жизни (многие гидробионы, не заботящиеся о потомстве, откладывающие множество икры, из которых выживают единицы, это также характерно для популяций людей в слаборазвитых станах). Кривая II характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течение своей жизни (рыбы, птицы, многие травянистые растения) (рис. 2). Популяции характеризуРис. 2. Кривая выживания (Deevey, 1950). Обозначения: I – кривая дрозофилы; ются определенной структуII – кривая гидры; рой организации – соотношеIII – кривая устрицы. Тема № 4. Экология популяций 43 нием групп особей по полу, возрасту, размеру, генотипу, распределением особей по территории и т. д. В связи с этим различают структуры популяции: половую, возрастную, генетическую, пространственно-этологическую и др. Структура популяции формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, с другой стороны, под влиянием факторов среды, т.е. имеет приспособительный характер. Половая структура – соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Различают первичное, вторичное и третичное соотношение. Первичное соотношение – соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1. Оно обусловлено генетическим механизмом определения пола. Вторичное соотношение – соотношение, наблюдаемое при рождении. Третичное соотношение – соотношение, наблюдаемое у взрослых половозрелых особей. Вторичное и третичное соотношения зависят от действия генетических и физиологических особенностей вида. Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в третичном – женщины. Возрастная структура – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется рядом свойств и особенностей вида: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др. В зависимости от способностей особей к размножению различают три группы: пререпродуктивную (особи еще не способны размножаться), репродуктивную (особи способные размножаться) и пострепродуктивную (особи уже не способные размножаться). Возрастную структуру популяции выражают при помощи возрастных пирамид. Пространственно-этологическая структура – характер распределения особей в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения) вида. Распределение может быть равномерное (свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов 44 Основы экологии и охраны природы среды и состоящих из особей, проявляющих друг к другу антагонизм), неравномерное (характерно для популяций, состоящих из особей, ведущих групповой образ жизни) и случайное. Следует отметить, что для некоторых видов характерным является образование групп и некоторые социальные особенности. Это делается с целью эффективной охоты, воспитания потомства, защиты от врагов. Считается, что даже лететь, преодолевая сопротивление воздуха у птиц и плыть у рыб, преодолевая сопротивление воды, легче в группе, чем по одному. Гомеостаз популяции – поддержание определенной численности. Численность может колебаться с определенной частотой. Такие периодические колебания численности называются циклами. Изменения численности популяции зависят от целого ряда факторов среды – абиотических, биотических и антропогенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно влияющий на рождаемость, смертность, миграцию особей и т.д. В целях сохранения видов используют различные способы регулирования численности популяции: правильное ведение охотничьего хозяйства и промыслов, запрещение охоты, регулирование вырубки лесов и т.д. Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов. Сокращение численности видов может привести к катастрофе. 4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ПОПУЛЯЦИЯМИ Нейтрализм – ассоциация двух популяций: отношения не сказываются ни на одной из них. Например, отношения василька синего (произрастает на полях среди посевов хлебных злаков) и ландыша майского (растения леса). Такие же отношения характерны для сосны обыкновенной, шиповника коричного и ламинарии японской. В обоих случаях растения никак не влияют друг на друга и принадлежат к разным фитоценозам. Отношения могут быть симбиотическими, когда организмы в популяции получают пользу от сожительства или хотя бы не вредят друг другу. К таким видам взаимодействия относятся: протокооперация, мутуализм и комменсализм. Тема № 4. Экология популяций 45 Протокооперация – обе популяции получают от ассоциации выгоду, но эти отношения необязательны. Примером может быть процесс распространения семян животными. Комменсализм (нахлебничество или квартирантство) сожительство, при котором один из партнеров питается остатками пищи другого, не причиняя ему вреда. Например, акула и рыбы-лоцманы. Мутуализм – связь популяций благоприятная для роста и выживания обеих, причем в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой. Классическим примером можно привести отношения цветковых растений и насекомых опылителей и отношения растений семейства бобовые и бактерий рода Rhizobium. Отношения между организмами могут быть антибиотическими. К последним относятся: хищничество, паразитизм, конкуренция, аменсализм и др. Хищничество – одна популяция неблагоприятно воздействует на другую, непосредственно нападая на нее, однако зависит от объекта нападения. Это растительноядные, плотоядные и всеядные хищники. Растительноядные хищники – фитофаги (колорадский жук), как правило, поедает не все растение, а его отдельные части. Конкуренция – каждая популяция косвенно отрицательно воздействует на другую в борьбе за дефицитный ресурс. Это опосредованные отношения между видами в борьбе за добывание пищи. Например, соперничество между двумя хищниками за добычу. Некоторые авторы делят конкуренцию на виды: конкуренция за общий ресурс (пример приведен выше) и взаимное конкурентное подавление. Это в тех случаях, когда обе популяции подавляют друг друга. Примером такого вида взаимодействия могут служить отношения клевера ползучего Trifolium repens L. и клевера гибридного Trifolium hybpidum L. в смешанных посевах. Произрастая рядом, эти два вида взаимно подавляют друг друга. Это характерно для деревьев одного яруса в лесу, например, таких как сосна лесная Pinus sylvestris L. и береза бородавчатая Betula verrucosa Ehrh. Аменсализм – одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает влияния. Например, ель Picea abies (L.) Karst. в процессе роста затеняет почву и выделяет фитонциды, подавляя рост других 46 Основы экологии и охраны природы растений, растущих под ее пологом. На рост самой ели это никак не влияет. Паразитизм – одна популяция использует другую в качестве среды обитания и источника питания (например, береза бородавчатая Betula verrucosa Ehrh. и березовый гриб чага Inonotus obliquus Pil.). Следует отметить, что понятие симбиоз разными авторами трактуется по-разному. Так, по мнению некоторых авторов, симбиоз – это тесная взаимосвязь между представителями разных видов, из которых по крайней мере один обойтись без другого не может. Классический пример симбиоза – лишайники: симбиоз гриба и водоросли. Некоторые авторы относят к симбиозу все типы тесного взаимодействия, не взирая на то, является ли оно взаимовыгодным или наоборот, отрицательно действует на одного из компонентов. Таким образом, к симбиозу относят паразитизм, комменсализм, мутуализм. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Из предложенных вариантов выберите термин для пространства, на котором популяции или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности: 1) Космополит 2) Эндемик 3) Реликт 4) Популяция 5) Ареал 2. Из предложенных вариантов выберите определение понятия «рождаемости в популяции»: 1) Число особей в популяции 2) Число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения 3) Изменение численности особей в единицу времени 4) Число особей (в процентах), сохранившихся в популяции за определенный промежуток времени Тема № 4. Экология популяций 47 5) Число особей, или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема 3. Из предложенных вариантов выберите тип взаимоотношений, характерный для Березы повислой и березового гриба Чаги: 1) Нейтрализм 2) Протокооперация 3) Комменсализм 4) Мутуализм 5) Хищничество 6) Конкуренция 7) Аменсализм 8) Паразитизм 4. Выберите правильное определение для термина продуцент: 1) Автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез 2) Гетеротрофные организмы, потребляющие органические вещества других организмов 3) Гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ 5. Выберите правильное название стратегии выживания для вида, обладающего высокой плодовитостью и непродолжительным сроком жизни: 1) R-стратегия 2) К-стратегия Правильные ответы: 1-5; 2-2; 3-8; 4-1; 5-1 Тема № 5 ЭКОЛОГИЯ ЭКОСИСТЕМ Сообщества растений, животных и микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой, называют экосистемой или биогеоценозом. В природе существует большое количество различных экосистем. Все они отличаются по размерам, видовому составу организмов. Живые организмы определенным образом связаны внутри биоценоза. Различают трофические связи (один вид питается другим – живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности), топические (изменение одним видом условий обитания другого вида), форические (один вид участвует в распространении другого вида), фабрические (один вид используют для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида). При этом организмы могут оказывать друг на друга положительное влияние (симбиотические отношения), отрицательные отношения (абиотические отношения) или не оказывать никакого влияния. Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания. Цепь питания – последовательность организмов, по которой передается энергия, заключенная в пище, от первоначального источника. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень – продуценты. Второй трофический уровень – консументы первого порядка, третий – консументы второго порядка и т.д. до пяти уров- Тема № 5. Экология экосистем 49 ней. Последний трофический уровень – редуценты. Различают цепи выедания (например, фитоплантктон зоопланктон рыбы птицы ихтиофаги) и цепи разложения (например, детрит детритофаги хищники микрофаги хищники макрофаги). Цепи выедания преобладают в водных экосистемах, цепи разложения – в экосистемах суши. В любой цепи питания не вся пища используется на рост и накопление биомассы – часть расходуется на удовлетворение энергетических затрат организма. Главные составляющие – это расход на дыхание, движение, поддержание температуры тела. Таким образом, при переходе на каждый последующий уровень биомасса организмов существенно уменьшается. Данное явление изучено Ч. Элтоном и называется экологической пирамидой. В основании пирамиды продуценты – растения. Второй уровень – растительноядные, последующие уровни – плотоядные организмы. В каждом случае в расчет берется масса всех составляющих уровня. При переходе с одного уровня экологической пирамиды на другой может теряться до 90 % биомассы. Любая экосистема не является постоянной и развивается в пространстве и времени. Изменение в одной экосистеме может вызвать изменения в другой. Такое происходит, например, при миграции животных и птиц. Существуют циклические изменения – периодические изменения (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному уровню. Поступательные изменения – изменения в биоценозе, в конечном итоге приводящие к смене этого сообщества к другим. Сукцессия – последовательная смена биоценозов, выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. К сукцессиям относятся опустынивание степей и др. Различают природные сукцессии, происходящие под действием природных факторов (зарастание озер и образование болот), и антропогенные сукцессии вызванные деятельностью человека (вырубка лесов, осушение болот). Кроме того, бывают аутогенные сукцессии (возникают под действием внутренних причин, например, изменение среды обитания под действием сообщества) и аллогенные сукцессии (вызванные внешними причинами, такими как извержение вулкана). В зависимости от первоначального состояния субстрата бывают первичные сукцессии, возникающие на субстрате, не занятом живыми организмами, и вторичные сукцес- 50 Основы экологии и охраны природы сии – развиваются на месте уже существующих биоценозов после их нарушения. Процесс смены растительного покрова на протяжении нескольких лет можно рассмотреть на примере зарастания песчаных наносов берегов реки Волги (Татарстан). Песчаные отмели первое время лишены растительности, но туда различными способами заносятся семена различных растений. Среди первых растений появляются череда и марь. Растения растут отдельными экземплярами, формируя пионерную группировку растительности. Спустя какоето время поселяется белокопытник шерстистый и различные виды ивы. Белокопытник заполняет все пространство, затеняет крупными листьями почву, создавая тем самым особый микроклимат, необходимый для других растений. Листья белокопытника отмирают на зиму, пополняя почву органическими веществами. Таким путем формируется пионерное сообщество. Со временем разрастаются ивы и образуют сообщество с белокопытником. В дальнейшем белокопытник постепенно затеняется и вытесняется другими видами, например, злаковыми. Образуется временное сообщество. Постепенно в ивняках начинают подрастать другие деревья, например тополь, вяз или дуб, затем береза, а позже ель. В итоге формируется постоянный или коренной фитоценоз – лес. Лес тоже может претерпевать изменения. С течением времени может смениться лесообразующая порода. Так, сначала формируется широколиственный березовый лес, затеняющий еловый подрос. Затем ели, перерастая березы, затеняют в течение всего года другие растения. Такую смену растительности в экологии называют сукцессионным рядом. 1. ОСНОВНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ (БИОМЫ) ЗЕМЛИ Наземные экосистемы: 1. Тундра: арктическая, мохово-лишайниковая, кустарниковая, каменистая и др. 2. Бореальные хвойные леса. 3. Листопадный лес умеренной зоны. 4. Степь умеренной зоны. Тема № 5. Экология экосистем 51 5. 6. 7. 8. ропические злаковники (грасленд) и саванна. Т Чапарраль (районы с дождливой зимой и засушливым летом). Пустыня: травянистая и кустарниковая. Полувечнозеленый тропический лес (районы с выраженными влажными и сухими сезонами). 9. Вечнозеленый тропический дождевой лес. Водные экосистемы (пресноводные и морские): 1. Лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохранилища и др. 2. Лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др. 3. Заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга). 4. Морские экосистемы. 2. Х АРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ НАЗЕМНЫХ БИОМОВ Тундра (в северном полушарии к северу от тайги). Среднегодовая температура данной экосистемы -5 0С. Для тундры характерны полярный день и полярная ночь. В течение короткого полярного лета земля оттаивает не более чем на 1 метр в глубину. Осадков 200-300 мм в год. Характеризуя растительность, надо отметить, что деревья отсутствуют. При этом господствующими формами являются медленно растущие мхи, лишайники, злаки и осоки. Интересно, что некоторые лишайники являются лекарственным растительным сырьем и могут использоваться для получения фитопрепаратов. Например, цетрария исландская (Cetraria islandica Ach.) содержит в составе усниновую кислоту и обладает антибиотической активностью. В таком биоме, как лесотундра распространены стелющиеся карликовые кустарнички, а именно брусника (Vaccinium vitis idaea L.), черника (Vaccinium myrtillus L.), толокнянка (Arctostaphylos uva ursi Spreng.). Фауна представлена такими животными, как – крупные травоядные (северный олень, мускусный бык), мелкие грызуны (лемминги), хищники, приобретающие зимой белую окраску (рысь, песец, полярная сова), а также множество перелетных птиц. Почвы тундры являются бедными, с малой мощностью над слоем вечной мерзлоты. 52 Основы экологии и охраны природы Бореальные хвойные леса (северные районы Европы, Азии и Северной Америки). Характеризуются долгой и холодной зимой с множеством осадков в виде снега. Господствуют вечнозеленые хвойные леса (ель, пихта, сибирская кедровая сосна, лиственница, сосна обыкновенная) с мощной лесной подстилкой. Хвойные леса неоднородны по своему составу. Хвойные леса, как правило, произрастают на сухих песчаных почвах. Надпочвенный слой покрыт лишайниками и такие боры носят название боры-беломошники. На более влажных почвах растут зеленые мхи, и эти леса соответственно называют борами-зеленомошниками. В этих районах встречается множество озер и болот. Здесь обычно находятся заросли черники, брусники, разнообразные папоротники (например, папоротник мужской Dryopteris filix mas Schott.). В сибирской тайге преобладают хвойно-мелколиственные леса из сосны (Pinus sylvestris L.), пихты (Abies sibirica Mill.), ели (Picea abies (L.) Karst.), березы (Betula verrucosa Ehrh.), осины (Populus tremula L.) и лиственницы (Larix sp.). На березах зачастую поселяется березовый гриб чага Inonotus obliquus Pil. В подлеске встречаются заросли можжевельника (Juniperus communis L.), шиповника коричного (Rosa cinnamomea L.), малины обыкновенной (Rubus idaeus L.). Представителями фауны являются крупные травоядные копытные, среди которых лось, северный олень, а также такие мелкие растительноядные млекопитающие, как белка, заяц-беляк и др. Кроме того, там обитает много хищников: волк, рысь, лисица, черный медведь. Кроме того, встречается большое количество насекомых. Почвы таких лесов подзолистые и дерново-подзолистые – маломощные и бедные. Листопадные леса умеренной зоны (широколиственный лес). Климат со сменой сезонов. Средняя зимняя температура составляет 0 0С, осадков 750-1500 мм в год. Обильные осадки выпадают в летний период. Широколиственный лес характеризуется сложным ярусным составом. Господствуют леса из широколиственных пород, высотой до 35-45 м (дуб, бук, клен, ясень, вяз), кустарниковый подлесок (шиповники, боярышники, малина), мхи, лишайники, мощная лесная подстилка. Деревьями первой величины зачастую являются дуб черешчатый (Quercus robur L.), тополь черный (Populus nigra L.) и липа (Tilia cordata Mill.). Деревьями второй величины являются ольха Тема № 5. Экология экосистем 53 (Alnus glutinosa Gaertn.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), черемуха обыкновенная (Padus avium Mill.). В подлеске растет крушина ломкая (Frangula alnus Mill.), жостер слабительный (Rhamnus cathartica L.), можжевельник обыкновенный (Juniperus communis L.), различные виды шиповника (например, Rosa cinnamomea L.), калина обыкновенная (Viburnum opulus L.), бузина черная (Sambucus nigra L.), различные виды боярышников (например, боярышник кроваво-красный – Crataegus sanguinea Pall.). В ярусе трав встречаются плаун булавовидный (Lycopodium clavatum L.) и плаун баранец (Huperzia selago Bernh.), зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), душица обыкновенная (Origanum vulgare L.), лапчатка прямостоячая (Potentilla erecta Rausch.), ландыш майский (Convallaria majalis L.), горицвет весенний (Adonis vernalis L.), синюха голубая (Polemonium coeruleum L.), земляника лесная (Fragaria vesca L.), папоротник мужской (Dryopteris filix mas Schott.). Большинство перечисленных выше травянистых растений встречаются на опушках леса, а также в лугах – безлесных участках этой зоны. В широколиственных лесах европейской части РФ растет лиана хмель обыкновенный (Humulus lupulus L.). Дальневосточный широколиственный лес сильно отличается от лесов европейской части по флористическому составу. В древесном ярусе таких лесов обычно встречаются: бархат амурский (Phellodendron amurense Ruper.), орех маньчжурский (Juglans mandshurica Maxim.), кедр корейский (Pinus koraiensis (Siebold and Zucc.)Moldenke), пихта белокорая (Abies nephrolepis (Trautv.) Maxim). Подлесок дальневосточных лесов составляют кустарники: аралия маньчжурская (Aralia mandshurica Rupr. et Maxim.), заманиха высокая (Oplopanax elatum (Nakai)), элеутерококк колючий (Eleutheroccocus senticosus Maxim.), секуринега полукустарниковая (Securinega suffruticosa Rehd.). В ярусе трав растут левзея сафлоровидная (Leuzea carthamoides DC.), женьшень обыкновенный (Panax ginseng C.A. Mey.) и разные виды леспедецы, например, леспедеца копеечниковая – Lespedeza hedysaroides Kitag. Встречаются также лианы – диоскорея ниппонская (Dioscorea nipponica Makino.) и лимонник китайский (Schizandra chinensis Baill.). Животный мир данных лесов очень богат. Встречаются такие млекопитающие, как лоси, медведи, рыси, лисицы, волки, белки и 54 Основы экологии и охраны природы другие животные. Данный наземный биом населен множеством птиц: дрозды, совы, соколы, дятлы. Кроме того, здесь встречаются пресмыкающиеся – змеи и земноводные – лягушки, саламандры; а также рыбы: форель, окунь, сом и другие. Живые организмы данного биома адаптированы к сезонному климату, что проявляется в спячке животных или их миграции, а также в состоянии покоя у растений. Почвы дальневосточного леса – бурые лесные. В районах этой природной зоны человеческая цивилизация получила наибольшее развитие, поэтому большая часть широколиственных лесов заменена культурными сообществами. Степь умеренной зоны. Климат данных районов также характеризуется сменой сезонов. Лето – от умеренного до жаркого, зимние температуры ниже 0 0С, осадков 250-750 мм в год. Растительность с господством дерновинных злаков высотой до 2 м и выше. В степях РФ редко могут встречаться одиночные деревья и кустарники, особенно в районах с влажной почвой. Представителями животного мира являются мелкие роющие млекопитающие, а именно суслики, сурки и кролики. В этих регионах встречается множество птиц. Почвы черноземы (самые плодородные почвы в мире) и каштановые. Большая часть степей в настоящее время используется под пашню, пастбища, сенокосы и др. Степи характеризуются сообществами ксерофитов, среди которых можно встретить: бессмертник песчаный (Helichrysum arenarium DC.), солодку голую (Glycyrrhiza glabra L.), различные виды володушки (например, володушка многожильчатая – Bupleurum multinerve DC.), термопсис ланцетолистный (Thermopsis lanceolata R. Br.), некоторые виды астрагалов (например, астрагал шерстистоцветковый – Astragalus dasyanthus Pall.). Растительность данных экосистем не однотипна. Различают более и менее увлажненные участки, формирующие различные фитоценозы. Встречаются суходольные луга, для которых характерны фиалка трехцветная (Viola tricolor L.), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.), тимьян ползучий (чабрец) (Thymus serpyllum L.). На пойменных лугах встречаются алтей лекарственный (Althaea officinalis L.), Тема № 5. Экология экосистем 55 девясил высокий (Inula helenium L.) и валериана лекарственная (Valeriana officinalis L.). Тропический грасленд и саванна. Данный биом расположен преимущественно на территории Центральной и Восточной Африки, Южной Америки, Австралии, на значительной части южной Индии. Климат этих областей сухой и жаркий большую часть года, осадки составляют 750-1650 мм в год, которые распределяются неравномерно по сезонам (есть влажный и сухой сезоны). В растительности преобладают густые заросли злаков и редкие листопадные деревья (баобабы, акации, пальмы). Для тропического грасленда и саванны характерны: крупные травоядные млекопитающие (антилопы, зебры, жирафы, носороги); хищники (львы, леопарды, гепарды); птицы (африканский страус, грифы); множество кровососущих насекомых, например, муха цеце. Почвы данного биома красные ферраллитные, красно-бурые и коричнево-красные. Чапараль. Данный биом преимущественно расположен на Средиземноморье, южном берегу Австралии, а также на территориях Калифорнии, Мексики и Грузии. Данная область характеризуется мягким умеренным климатом. Количество осадков составляет 500700 мм, которые выпадают теплой зимой, при этом лето является засушливым. Растительность представлена такими деревьями, как лавр благородный, вечнозеленые дубы, оливковые деревья и др.; встречаются кустарники с жесткими вечнозелеными листьями. Почвы данной экосистемы коричневые и серо-коричневые. Пустыни травянистые и кустарниковые. Данный биом охватывает некоторые районы Африки, например, Сахара, Ближнего Востока и Центральной Азии и др. Климат очень сухой с жаркими днями и холодными ночами, осадков менее 200-250 мм в год. Растительностью являются ксерофитные травы и редкий кустарник, кактусы, множество эфемеров, быстро развивающихся после непродолжительных дождей. Корневые системы у растений этой природной зоны обширные, поверхностные, перехватывающие влагу редких осадков или стержневые корни, проникающие в почву до уровня грунтовых вод (фреафиты) до 30 м. Разнообразие животного 56 Основы экологии и охраны природы мира представлено в основном разнообразными птицами, пресмыкающимися (змеи, черепахи, ящерицы), грызунами и большим количеством насекомых. Среди крупных животных следует отметить верблюдов. В пустынях и полупустынях встречаются следующие лекарственные растения: софора толстоплодная (Sophora pachycarpa C. A. Mey.), полынь цитварная (Artemisia cina Berg.), гармала обыкновенная (Peganum harmala L.), верблюжья колючка (Alhagi pseudalhagi (Bieb.) Fisch.). Полувечнозеленые сезонные (листопадные) тропические леса (тропическая часть Азии и Центральной Америки). Климат данной местности со сменой сухого и влажного сезонов. Среднегодовое количество осадков 800-1300 мм в год. Господствуют леса, среди которых доминируют деревья верхнего яруса, сбрасывающие листья в сухой сезон. Нижний ярус образуют в основном вечнозеленые деревья и кустарники. Из вечнозеленых деревьев этих экосистем наиболее известна пальма. Животный мир очень богат: обезьяны, змеи, черепахи, птицы и насекомые. Вечнозеленые тропические дождевые леса (север Южной Америки, Центральная Америка и центральная часть экваториальной Африки, Юго-Восточная Азия, Северо-Запад Австралии, острова Индийского и Тихого океана). Климат в связи с близостью к экватору не имеет сезонной смены. Среднегодовая температура обычно +28 0С, среднегодовое количество осадков превышает 2000-2500 мм в год. Господствуют леса, в которых деревья разной величины образуют густой полог из трех ярусов. Кустарники и травянистая растительность практически отсутствуют. На стволах и ветвях деревьев развиваются растения-эпифиты, корни которых не достигают почвы, и деревянистые лианы, укореняющиеся в почве и взбирающиеся по деревьям до их вершины. Видовое разнообразие огромно. Животный мир богаче, чем в других биомах вместе взятых. Встречается огромное количество насекомых, птиц (попугаи, павлины, кондор), млекопитающих (обезьяны, муравьеды, ягуары). Почвы красно-желтые ферраллитные – маломощные и бедные органическими веществами и минеральными элементами питания, большая часть которых закреплена в растительности. Тема № 5. Экология экосистем 57 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ВОДНЫХ БИОМОВ Лентические и лотические водоемы характеризуются обильной растительностью, произрастающей преимущественно по берегам. Там растут такие растения, как девясил высокий (Inula helenium L.), валериана лекарственная (Valeriana officinalis L.), смородина черная (Ribes nigrum L.), горец змеиный (Polygonum bistorta L.), кровохлебка лекарственная (Sanguisorba officinalis L.). Верховые болота представляют собой торфяники еловых и сосновых лесов. Они образуются в понижениях рельефа, там, где имеется водонепроницаемый пласт, позволяющий скапливаться атмосферным осадкам, которые не успевают испаряться, вследствие холодного климата. Особая среда формируется вследствие того, что кислород плохо проникает в почву, почва закислена и, несмотря на достаточное увлажнение, условия для существования растений не самые благоприятные. На таких болотах встречаются следующие растения: багульник болотный (Ledum palustre L.), клюква болотная (Oxycoccus palustris Gilib.), черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus L.), брусника обыкновенная (Vaccinium vitis idaea L.). Низинные болота, возникающие вследствие заболачивания озер, характеризуются богатым флористическим составом. Такие же растения произрастают и по берегам рек, озер и заливным лугам (растительность лентических водоемов). Встречаются типичные гидрофиты (растения полностью погружены в воду). К ним относятся кубышка желтая (Nuphar luteum L.), кувшинка белая (Nymphaea alba L.). Большое количество растений произрастает по берегам таких водоемов, они относятся к гигрофитам. К ним относятся вахта трехлистная (Menyanthes trifoliata L.), аир болотный (Acorus calamus L.), горец перечный (Polygonum hydropiper L.), череда трехраздельная (Bidens tripartita L.), сушеница топяная (Gnaphalium uliginosum L.), касатик желтый (ирис желтый) (Iris pseudacorus L.). Моря. К лекарственным растениям морей относится морская капуста (Laminaria saccharina Lam.). Ламинария встречается в больших количествах в северных морях, образуя в сублиторали с подводными лугами на глубине 20 м. Заготавливают ее в Белом и Баренцевом морях. В Тихом океане растет ламинария японская (Laminaria japonica Aresch.). Эти водоросли обычно собирают на глубине 5-6 м. 58 Основы экологии и охраны природы Находят свое применение и красные водоросли, такие как филлофора (Phyllophora) и багрянка (Rhodophyta Wettst) Белого моря и морей Дальнего Востока – анфельция (Ahnfeltia). Красные водоросли используют для получения агар-агара, который применяют в качестве питательной среды для микробиологических исследований. Кроме того, существует много различных горных систем, таких как Кавказ, Карпаты, Алтай, Тянь-Шань, горные системы Дальнего Востока. В горах особый климат и свои особые экологические условия. Поэтому в этих районах формируется особая флора и фауна. К растениям гор Кавказа относится красавка обыкновенная (белладонна) (Atropa belladonna L.), различные виды крестовников (например, крестовник плосколистный – Senecio platyphylloides Somm. et Lev.), безвременник великолепный (Colchicum speciosum Stev.), галега лекарственная (козлятник) (Galega officinalis L.), мачок желтый (Glaucium flavum Grantz.). Бадан толстолистный (Bergenia crassifolia Fritsch.), родиола розовая (Rhodiola rosea L.), облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.) растут в горах на Алтае. В горах Тянь-Шаня произрастают эфедра хвощевидная (Ephedra equisetina Bunge.), разнообразные акониты (Aconitum soonguricum Stapf.) и живокости (Delphinium dictyocarpum DC.). ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите название сухопутных экосистем, характерных для обитания: А. Тысячелистник обыкновенный Б. Алоэ древовидное 1) Тундра и лесотундра 2) Листопадный лес умеренной зоны 3) Дальневосточных широколиственный лес 4) Степь умеренной зоны 5) Пустыни ния: 2. Укажите название водных экосистем, характерных для обитаА. Ряска малая Б. Брусника обыкновенная Тема № 5. Экология экосистем 1) 2) 3) 4) 59 Лентические (стоячие воды) Лотические (текучие воды) Заболоченные угодья Морские экосистемы 3. Из предложенного списка выберите растения, относящиеся к растениям дальневосточного широколиственного леса: 1) Элеутерококк колючий 2) Тимьян ползучий 3) Багульник болотный 4) Женьшень обыкновенный 5) Ламинария японская 6) Пижма обыкновенная 4. Из предложенного списка выберите экосистему, для которой характерен климат без сезонной смены. Среднегодовая температура обычно + 28 0С. Господствуют леса, в которых деревья разной величины образуют густой полог из трех ярусов: 1) Тундра 2) Бореальные хвойные леса 3) Пустыни 4) Вечнозеленые тропические дождевые леса 5) Степи 5. Выберите правильное название для стабилизированной экосистемы 1) Сукцессия 2) Климаксное сообщество 3) Стадия первых поселенцев Правильные ответы: 1 – А-4, Б-5; 2 – А-1,Б-3; 3-1,4; 4-4; 5-2 Тема № 6 КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ 1. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ Круговорот воды и биогенных элементов, обусловленных синтезом и распадом органических веществ в биосфере называют круговоротом веществ. Все процессы синтеза и распада протекают в атмосфере, литосфере и гидросфере. Живые организмы извлекают из окружающей среды необходимые минеральные вещества, после их смерти их составляющие возвращаются обратно. Так осуществляется круговорот веществ между атмосферой, литосферой, гидро­ сферой и живыми организмами. Глобальный круговорот веществ не является целиком замкнутым и зачастую приводит к накоплению отдельных элементов в тех или иных сферах Земли. Считается, что обновление живого вещества биосферы происходит в среднем за 8 лет. Фитомасса суши обновляется за 14 лет, а фитомасса океана за 1 день, при этом вся масса живого вещества мирового океана примерно за 33 дня. Общепланетные климатические и геохимические циклы, охватывающие все сферы Земли, протекают сотни тысяч и миллионы лет. В то же время в результате хозяйственной деятельности человека этот процесс интенсифицируется в несколько раз, что может привести к катастрофе. Образование почвы стало возможно благодаря деятельности растительного и животного мира. Таким образом, сложилась сложная экологическая система, перера- Тема № 6. Круговорот веществ в природе 61 спределяющая солнечную энергию и осуществляющая круговорот веществ. Основными процессами в ней являются следующие: – регулярно повторяющиеся или непрерывно текущие процессы переноса энергии, образование и синтез новых соединений; – направленные процессы последовательного преобразования, разложения и деструкции синтезированных ранее соединений под влиянием биогенных или абиогенных воздействий среды; – постоянное или периодическое образование простейших минеральных и органоминеральных компонентов в газообразном, жидком или твердом состоянии. Важнейшую роль в биосфере играют круговороты воды, углерода, кислорода, азота, фосфора, серы. Круговорот воды. Под влиянием энергии Солнца и жизнедеятельности биоценозов в биосфере постоянно поддерживается определенный баланс воды. Основные запасы воды сосредоточены в Мировом океане. Величина запаса воды в нем достаточно стабильная, она практически не изменилась за все время существования человечества. Гидросфера является транспортной системой для различных химических элементов, а также планетным аккумулятором для органического и неорганического вещества. Круговорот воды в природе разделен на малый круг: испарившаяся вода возвращается дождями непосредственно над поверхностью океана, и большой, когда облака испарившейся воды уносятся ветром и проливаются дождями над сушей. После чего, они тоже возвращаются в океан речными стоками. В обоих случаях испарение осуществляется за счет энергии Солнца. Кроме того, существует понятие биологического испарения, связанного с жизнедеятельностью растений (транспирация) и жизнедеятельностью животных. Подсчитано, что в год с поверхности водоемов испаряется около 519 тысяч кубометров воды. Более 90% ее возвращается непосредственно в океан. Только 10% проливается дождями над материками. Например, сток воды в Средиземном море не восполняет количество испаряемой с его поверхности воды, поэтому в Гибралтаре течение направлено всегда из Атлантики. Современный круговорот воды с участием человека таков: вода, испаренная с поверхности водоемов и почвы, 62 Основы экологии и охраны природы а также растениями, животными, конденсируется, образуя облака, и выпадает в виде осадков. Часть ее попадает в водоемы непосредственно, часть питает подземные воды, часть потребляется животными и растениями и снова возвращается в Мировой океан уже как продукт жизнедеятельности, часть воды, используемая для технических нужд, возвращается в атмосферу в виде пара. Транспирация растений вносит заметный вклад в водный цикл. Так, с единицы поверхности леса испаряется значительно больше воды, чем с поверхности моря. Например, с 1 га березового леса ежедневно испаряется 47 тыс. литров воды, 1 га елового леса – около 43 тыс. литров. При этом сток небольших лесных районов на 50-95% больше, чем сток безлесных районов. Именно поэтому запрещено вырубать леса в так называемой водоохраной зоне – вдоль малых и крупных рек. Вода является универсальным растворителем и участвует в геохимических процессах. Любая вода содержит растворенные газы, органические и неорганические вещества. Минерализация воды может составлять от миллиграммов до 600 г/л. Пресными считаются воды с минерализацией до 1 г/л. Важнейшими биогенными элементами являются углерод, кислород, азот, фосфор и сера. Круговорот углерода. Углерод – один из самых распространенных элементов в Земной коре. Его круговорот в основном заключается в процессе связывания и освобождения диоксида углерода (СО2). С углеродом связан процесс возникновения и развития жизни на Земле. В атмосфере его содержится 0,046% в форме углекислого газа и 0,00012% в форме метана, в земной коре – 0,35%, в живом веществе – около 18%. Углерод вовлекается в цепь непрерывных превращений и биохимических превращений, соединяясь с самыми разнообразными атомами самыми разнообразными связями. Основные запасы углерода содержатся в земной коре в горных породах в форме карбонатов и гидрокарбонатов, а также в виде нерастворимых донных отложений Мирового океана. В чистом виде углерод встречается в виде алмазов (основные месторождения в Южной Африке и Бразилии) и графита (наибольшие месторождения в Германии, Шри-Ланке и России) в земной коре. Другие полезные ископаемые, например, каменный уголь, содержит около 90% углерода, но не углерод в чистом виде. Тема № 6. Круговорот веществ в природе 63 В атмосфере углерод содержится в основном в виде углекислого газа. Содержание углекислого газа в атмосфере нестабильно, подвержено сильным сезонным влияниям и составляет менее 1%. За последние 100 лет увеличение его в атмосфере связано с антропогенным фактором. С этим фактом экологи и связывают увеличение среднегодовой температуры и парниковый эффект на планете. Вместе с тем растет и содержание в атмосфере метана. Увеличение метана в атмосфере также является спутником технического прогресса. Круговорот углерода в атмосфере заключается в том, что углерод в виде углекислого газа улавливается зелеными растениями из атмосферы и связывается в органические вещества в процессе фотосинтеза. В процессе дыхания происходит процесс обратный фотосинтезу, и углерод органических соединений попадает в атмосферу в виде углекислого газа. Ежегодно наземными растениями связывается около 18 млрд т углерода, а растениями морей около 25 млрд т. Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное равновесие. Следует отметить, что в воде углекислый газ растворим в 35 раз лучше кислорода. Некоторые живые организмы поглощают углекислый кальций, создают свой скелет, а затем, из них образуются пласты известняков. Круговорот углерода тесно связан с круговоротом кислорода. Круговорот кислорода является очень сложным циклом. В него вовлечены многие представители органического и неорганического мира, а также вода, водород и углерод. Кислород постоянно циркулирует в воде, атмосфере и осадочных породах. Содержание кислорода в воде зависит от фотосинтеза водорослями и является показателем ее здоровья. Загрязнение воды уменьшает прозрачность воды и снижает интенсивность фотосинтеза. Кислород – самый распространенный элемент в атмосфере. В гидросфере его содержится 85,82% по массе, в литосфере – 47%, в атмосфере 23,15%. Кислород является частым компонентом минералов земной коры. Среди них кварц, оксиды железа, карбонаты, сульфаты и др. В живых организмах содержится около 70% кислорода. Он входит в состав большинства органических соединений. Непосредственно круговорот кислорода выглядит следующим образом: кислород поступает в атмосферу из зеленых растений 64 Основы экологии и охраны природы (образуется в процессе фотосинтеза), из атмосферы кислород поступает для создания органических веществ. Зеленые растения – единственные источники чистого кислорода. Катастрофическое сокращение поверхности лесов на поверхности Земли ведет к сокращению поступления кислорода в атмосферу. Подсчитано, что ежегодно вырубается лесная территория, площадью в три Бельгии. Потребителями кислорода являются все живые организмы, в том числе и человек. Причем человечество огромные количества кислорода тратит не на осуществление естественных физиологических процессов, а на нужды промышленных производств и других видов хозяйственной деятельности человека (прежде всего это сжигание топлива в двигателях). Круговорот азота. Азот распространен в биосфере крайне неравномерно. Так, основные запасы азота находятся в атмосфере – 78% приходится на газообразный азот. В больших количествах азот содержится в полезных ископаемых (уголь, нефть, торф и др.). Вследствие высокой растворимости солей азотной кислоты и аммония содержание в почве азота оценивается всего лишь 0,020,5%. При этом азот – важнейший компонент белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла и других соединений. При этом азот, содержащийся в воздухе, сами по себе ни растения, ни животные не усваивают, недаром азот называют инертным газом. Зачастую, живя в дефиците азота, живые существа буквально купаются в нем. Из живых существ усваивают атмосферный азот лишь азотфиксирующие бактерии рода Rhizobium, образующие симбиоз в клубеньках бобовых растений. Этим свойством также обладают некоторые виды цианобактерий. Следует отметить, что свойство растений семейства бобовых усваивать атмосферный азот и обогащать почву использовалось человеком очень давно для севооборота культур. При этом атмосферный азот преобразуется в соли аммония и нитраты, легко усваиваемые растениями. При этом сами азотфиксирующие бактерии получают защиту в лице растения хозяина и необходимые количества углеводов. Лишь очень малое количество азота связывается с кислородом в окислы и попадает в почву при действии электрических разрядов грозы, а также с вулканическими выбросами. Следует также иметь ввиду, что некоторые выбро- Тема № 6. Круговорот веществ в природе 65 сы газообразных соединений азота промышленными предприятиями в атмосферу. После отмирания растений гнилостные бактерии азотсодержащие органические вещества превращают в соли аммония, которые могут снова быть использованы растениями. Остальную часть солей аммония окисляют нитрифицирующие бактерии почвы до атмосферного азота, в ходе этого процесса также выделяется кислород, необходимый бактериям для дыхания. После открытия почвенных азотфиксирующих бактерий ученые всерьез опасались, что они исчерпают весь запас азота в почве и снизят ее плодородие настолько, что человечеству это будет грозить голодом. Однако вскоре химическим путем был освоен способ фиксации азота, началась выработка азотных удобрений и данная проблема была снята. Следует отметить, что главной задачей для получения азотных препаратов стала не необходимость создания удобрений для почвы, а возможность получать взрывчатые вещества для военной промышленности. При этом необходимо отметить, что без нитрифицирующих бактерий, разрушающих азотные соли до свободного азота, невозможно было бы существование ни растений, ни животных. В этом случае нитраты, вымываемые в океан, накапливались бы там в больших количествах. Это вызывало бы подкисление вод Мирового океана и привело к химическим реакции с карбонатами океанических отложений. Это, в свою очередь, привело бы к выбросу углекислого газа в атмосферу и сделало бы невозможным дальнейшее существование многих живых организмов. В настоящее время этот процесс возможен в результате хозяйственной деятельности человека, при которой процессы фиксации азота превышают процессы его распада в биосфере. Уже сейчас чрезмерные поступления азотистых продуктов в воду вызывают обильное ее цветение, гибель рыбы и другие пагубные изменения. Такой пример известен в мировой практике – нарушение экологического равновесия озера Эри, входящего в систему великих озер США. Круговорот фосфора. Круговорот фосфора протекает совместно с другими биогенными элементами. Фосфор – важный компонент живых клеток. Он входит в состав нуклеиновых кислот, наружных и внутренних скелетов животных. Самым распространенным 66 Основы экологии и охраны природы в биосфере соединением фосфора является его оксид Р2О5. Среднее содержание фосфора в земной коре составляет 0,09%. Следует отметить, что особенностью фосфора является то, что он не образует летучих соединений и не содержится в атмосфере. Небольшие части фосфорных соединений могут поступать в атмосферу из пепла вулканических извержений. Основные запасы фосфора сосредоточены в горных породах и полезных ископаемых, а также в донных отложениях морей и океанов, в гумусовых горизонтах наземных и подводных почв. Соединения фосфора вымываются в Мировой океан. Оттуда он поступает на сушу с рыбой и пометом морских птиц, то есть в минимальных количествах. В почве содержание фосфора оценивается на уровне – 0,1-0,2%. Причем из этого количества доступным для растений является чуть больше половины. Основным аккумулятором азота является гумусный слой почвы и живые организмы – растения и животные. Уничтожение лесов пагубно сказывается на содержании фосфора в почве. Из почвы фосфор вымывается в воду и скапливается на дне Мирового океана в виде нерастворимых соединений, недоступных живым существам. Так, при высоких урожаях, из почвы площадью 1 га извлекается до 60 кг Р2О5. Внесение в почву фосфорных удобрений является важным мероприятием по повышению урожайности. Это связано с тем обстоятельством, что в почве многих районов существует дефицит фосфора. Фосфор, также как и азот, является основным компонентом минеральных удобрений. Круговорот серы. Сера является важным биогенным элементом и входит в состав многих биологически активных соединений – белков, коферментов, витаминов и др. В больших количествах сера содержится в подземных водах. В земной коре серы содержится около 0,047%. В почве ее запасы колеблются от 0,01 до 3%. Сера в чистом и связанном виде выбрасывается в атмосферу вулканами. В природе она образует минералы – сульфиды. С водой сера поступает в Мировой океан, а там усваивается живыми организмами. Некоторые представители морской фауны способны накапливать значительные количества серы. Так, морские моллюски выделяют пищеварительными железами до 4% серной кислоты. В воде существует самостоя­ тельный круговорот серы. Так, с помощью сульфатредуцирующих Тема № 6. Круговорот веществ в природе 67 бактерий, обитающих в океане в анаэробных условиях, происходит восстановление сульфатов до сероводорода, который поднимается в верхние слои воды и там окисляется аэробными сернистыми бактериями до сульфатов. Некоторые живые организмы способны в ходе процессов жизнедеятельности выделять элементарную серу, которая скапливается на дне океана. Круговорот серы на суше происходит из почвы к растениям и животным, а после их отмирания сера снова возвращается в почву. Нельзя забывать, что техногенное поступление серы в атмосферу в виде газообразных продуктов достигает 75-100 млн т/г. Именно это является причиной выпадения в некоторых районах кислотных дождей, губительно воздействующих на все живое. Изучая круговорот веществ легко заметить, что мы касались лишь круговорота биогенных элементов, другими словами, макроэлементов живых существ. Следует отметить, что путь движения в биосфере данных веществ напрямую связан с деятельностью живых организмов. 2. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ Круговорот воды и биогенных элементов в природе убедительно показывает процесс самых разнообразных превращений химических элементов. Они протекают с разной скоростью в разных экосистемах. Все эти трансформации тесно связаны с процессом образования органических веществ из неорганических живыми организмами и обратно. Поэтому для оценки процесса биологического накопления применяют другие показатели, характеризующие процессы обмена веществ на уровне экосистемы. Так, органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией. Она подразделяется на валовую (биомасса растений, включая траты на дыхание) и чистая (величина прироста растений (фитомасса), потребляемая консументами). Ее выражают в кг/м3. Вторичной продукцией считается прирост за единицу времени массы консументов. Все живые компоненты экосистемы составляют общую биомассу (живой вес). Ее выражает в г/см3 в сыром или сухом виде, либо в энергетических показателях. В стабильных экосистемах практически вся продук- 68 Основы экологии и охраны природы ция тратится в трофических сетях и биомасса остается постоянной. Следствием этого является правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает биомассу хищников. Следует отметить, что прирост фитомассы – главный показатель биологической продуктивности экологической системы. В дождевых тропических лесах он составляет 700-1000 т/га абсолютно сухого вещества. Минимальные значения в тундре 25-30 т/га. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите, в какой части биосферы сосредоточены основные запасы воды: А) Литосфера Б) Гидросфера В) Мировой океан 2. Из предложенных ниже вариантов выберите химический элемент, для которого не характерно образование летучих соединений: 1) Сера 2) Углерод 3) Азот 4) Фосфор 3. Укажите пути поступления углерода в атмосферу: 1) Фотосинтез растений 2) Жизнедеятельность почвенных микроорганизмов 3) Поступление из космоса 4) Дыхание живых организмов 4. Выберите признаки, характерные для круговорота кислорода: 1) Основным поставщиком в атмосфере являются живые растения 2) Содержание в атмосфере достигает высоких концентраций 3) В земной коре в чистом виде встречается в виде алмазов и графита Тема № 6. Круговорот веществ в природе 5. Укажите пути образования в литосфере запасов угля: 1) Жизнедеятельность ископаемых растений 2) Вулканические выбросы 3) Жизнедеятельность морских моллюсков Правильные ответы: 1-5; 2-4; 3-4; 4-1; 5-1 69 Тема № 7 БИОСФЕРА КАК ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОСИСТЕМА ЗЕМЛИ 1. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ Биосфера – глобальная экосистема Земли. Это оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Термин «биосфера» был введен в науку австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Он характеризовал биосферу как тонкую пленку жизни на поверхности Земли. Учение о биосфере развил в своих трудах В.И. Вернадский. Современная наука выделяет несколько частей (геосфер), из которых состоит Земля. Ими являются литосфера – каменная оболочка Земли, включая земную кору; гидро­сфера – водная оболочка Земли, состоящая из поверхностных и подземных вод и атмосфера – газовая оболочка Земли, которая состоит из тропосферы – нижней части атмосферы, стратосферы – верхней части, удаленной от поверхности Земли, мезосферы и экзосферы – зона заряженных атомов. Толщина тропосферы неодинакова в разных участках земной поверхности. Она составляет 7-8 км над землей на полюсах, 10-12 км в средних широтах и 16-18 км на экваторе. Страто­сфера достигает уровня 60 км над земной поверхностью. Мезосфера 600-800 км от Земли и экзосфера 800-1000 км. Тема № 7. Биосфера как глобальная экосистема Земли 71 В состав биосферы входят лишь нижняя часть атмосферы тропосфера (до слоя озона), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы, глубиной примерно до 3 км (литобиосфера). Именно там сосредоточена жизнь планеты. Вместе с тем в составе биосферы можно выделить абиотическую (почва, вода, воздух) и биотическую части (живые организмы). В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере 7 разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ. Таким образом, вещество биосферы состоит из нескольких компонентов. Современная биосфера возникла не сразу, а в процессе постоян­ ного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни были представлены в виде анаэробных бактерий, затем цианобактерий и сине-зеленых водорослей (прокариотов), и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов). Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода в современном количестве. Параллельно развивались гетеротрофы, главным образом животные. Главными датами их развития являются выход растений на сушу и заселение материков и, наконец, появление человека. Идеи В.И. Вернадского отражают взаимосвязь и взаимодействие живой и неживой природы. В сжатом виде они выглядят 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. Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох. 3) Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре. 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. 72 Основы экологии и охраны природы 2. Х АРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ВЕЩЕСТВ БИОСФЕРЫ ПО В.И. ВЕРНАДСКОМУ 1. Живое вещество – совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету. 2. Косное вещество – совокупность всех неживых тел, образующихся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы). 3. Б иогенное вещество – совокупность неживых тел, образованных в результате жизнедеятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.). 4. Биокосное вещество – совокупность биокостных тел, представляющих собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.). 5. Радиоактивное вещество. 6. Рассеянные атомы. 7. В ещество космического происхождения (метеориты, астероиды, космическая пыль). Масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы биосферы. Тем не менее, живое вещество биосферы – это главнейший ее компонент. У живого вещества и биосферы в целом есть свои свойства и функции. Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распределено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями. Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека кардинальным образом преображает поверхность Земли, в масштабах сравнимых с геологическими процессами. На основе этого перехода произошло развитие представления о постепенном переходе биосферы в качественно новое изменение – ноосферу. Ноосфера – сфера разума, высшая стадия развития сферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором ее развития. Тема № 7. Биосфера как глобальная экосистема Земли 73 Термин «ноосфера» был предложен рядом зарубежных авторов, среди которых известный ученый – профессор математики Сорбонны Эдуард Леруа (1870—1954). Учение о ноосфере развил в своих трудах В.И. Вернадский (1863—1945).. Многообразие связей между компонентами биосферы отражено в законах американского эколога Барри Коммонера (1974 г.): 1) Все связано со всеми. 2) Все должно куда-то деваться. 3) Ничего не дается даром. 4) Природа «знает» лучше. Эти законы предельно просты и не нуждаются в дополнительных комментариях. Они точно отражают суть любого воздействия на биосферу и говорят о неизбежности последствий. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Назовите автора, который ввел научный термин «биосфера»: А) Э. Зюсс Б) В.И. Вернадский В) Э. Леруа 2. Из предложенных вариантов выберите то, что относится в абиотической части биосферы: 1) Микроорганизмы 2) Почва 3) Растения 4) Воздух 5) Животные 6) Вода 3. Укажите группу веществ (по В.И. Вернадскому), к которой относится известняк: 1) Живое вещество 2) Биогенное вещество 3) Косное вещество 4) Биокосное вещество 74 Основы экологии и охраны природы 4. Выберите правильное определение термина «биосфера»: 1) Сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты 2) Газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли 3) Сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития 5. Укажите происхождение атмосферного кислорода: 1) Абиогенное происхождение 2) Биогенное происхождение Правильные ответы: 1-А; 2-2,4,6; 3-2; 4-1; 5-2 Тема № 8 ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 1. ЧЕЛОВЕК КАК БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВИД Человек – высшая ступень развития живых организмов на Земле. Современный человек существенно отличается от других живых организмов тем, что он «биосоциальное существо». Человек генетически связан с другими формами жизни, но выделился из них благодаря способности производить орудия труда, творческой активности и сознательной деятельности. Биосоциальная природа человека выражается в том, что в его жизнь входят как биологические, так и социальные элементы. Ему присуща как биологическая, так и социальная адаптация. Это нашло отражение и в экологическом подходе к определению понятия «человек». Человек – один из видов животного царства со сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, в значительной мере маскирующие биологические свойства организма. Общие законы взаимоотношения человека и биосферы, влияние на человека природной и социальной сред, изучает наука экология человека. Человек, как вид Homo sapiens относится к семейству гоминид, а род Человек первоначально подразделялся на два подвида неандерталец и современный человек. Появление человека произошло 3,5-5 млн лет назад, эволюция человека продолжается и в настоящее 76 Основы экологии и охраны природы время. Решающая роль в эволюции в плане формирования современного человека как вида произошло примерно 40-50 тыс. лет назад в последнюю ледниковую эпоху. Первобытный человек вплоть до появления сельского хозяйства представлял собой обычного всеядного консумента экосистемы, занимающегося собирательством и охотой. Человек противостоял силам природы теми же способами, что и представители других видов животного мира. Особенность человека, как вида заключается в том, что он не только зависит от окружающей среды, но и воздействует на нее. Пользуясь интеллектом, человек может противостоять одному из важнейших экологических факторов – нехватке пищевых ресурсов. Человеком созданы свои собственные экологические системы, важнейшими среди них являются освоение земледелия и скотоводства. Эти процессы начались примерно десять тысяч лет назад. Способность мыслить привела к созданию орудий труда и позволила значительно снизить негативное действие абиотических и биотических факторов, в том числе и лимитирующих. Однако, несмотря на это, на 100% действие этих факторов человечество не преодолело. Остается зависимость от климатических явлений – от жары и холода, засухи и дождей и т. п. Природные факторы также остаются частью окружающей среды человека, наряду с искусственно созданной средой и социальными отношениями. Генофонд человека представляет собой всю совокупность генов населения, обитающего на конкретной исторически сложившейся территории, то есть человеческой популяции. Генетическая программа человека записана в ДНК. Различные социальные условия приводят к формированию определенного генотипа, обеспечивающего человеку жизнь. На протяжении всей истории человека постепенно снижалась роль природной и возрастала роль искусственной среды в жизни человека. Благодаря социальным преобразованиям, достижениям медицины в развитых странах давление естественного отбора значительно снизилось. Тем не менее, человек, являясь биосоциальным существом, не освободился от действия общебиологических закономерностей, универсальных для всего живого. Человеческому организму свойственно адаптироваться к условиям обитания. Географические условия позволили сформироваться зональным типам человека: тропический, пустынный, высокогорный, континентальный, умеренный, арктический. В настоящее Тема № 8. Экология и здоровье человека 77 время человеком освоено огромное количество экологических ниш в природе, благодаря созданию искусственной среды. Адаптация свидетельствует о высоких возможностях выживания человека в новых условиях. Адаптация происходит в случае, когда человек не меняя место обитания, терпит изменения со стороны среды обитания. Однако слишком быстро меняющиеся условия среды делают своевременную адаптацию невозможной и приводят к развитию болезней. Следовательно, показатели здоровья самого человека могут свидетельствовать о качестве среды обитания. 2. ПОПУЛЯЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕЛОВЕКА Человеческая популяция принципиально отличается от других популяций животных вследствие действия социума. Все люди на Земле образуют популяционную систему – человечество. Рост этой популяции ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами. Рост численности населения подчиняется экспоненциальному закону, при этом прирост в последние десятилетия значительно увеличился. В настоящее время преобладает R-стратегия. Динамику роста народонаселения изучает такая наука, как демография. Демографические расчеты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать изменения на будущее. Данные по возрастному составу населения представляются 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. Строят пирамиды в координатах возраст-численность. Возрастной класс человека – интервал в пять лет – изображается в виде горизонтально лежащего столбика, длина которого равна численности данного интервала, а высота всех «столбиков» одинаковая. Столбик, отражающий количество людей самой младшей категории, находится в основании, самой старшей – на вершине пирамиды. Возрастная пирамида населения развивающихся стран сужается к вершине, что характерно для высокой ро- 78 Основы экологии и охраны природы ждаемости и низкой выживаемости этих стран. Возрастные пирамиды развитых стран имеют, как правило, отвесную стенку вплоть до старших возрастов, что свидетельствует о высокой выживаемости человека в более благоприятных условиях. Еще двести лет назад Т.Р. Мальтус (английский ученый-демограф и экономист) математически доказал, что рост населения происходит по экспоненциальному закону (в геометрической прогрессии), а количество сельхозпродуктов увеличивается в арифметической прогрессии. С ростом плотности населения повышается уровень инфекционных и других болезней. Несмотря на успехи современной медицины, многие болезни человека, прежде всего к ним относятся онкологические заболевания и ВИЧ-инфекция, выступают в современном мире факторами естественной регуляции. Другим немаловажным фактором является истощение доступных человечеству ресурсов. Демографическая политика должна быть направлена на разумную регуляцию рождаемости, например, поощрение рождения детей у родителей определенной возрастной категории. В то же время каждый родившийся человек независимо от национальности имеет право на достойную жизнь. 3. АНТРОПОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ Человек в конкурентной борьбе за выживание в окружающей среде начал строить свои искусственные экосистемы десять тысяч лет назад, создав сельское хозяйство – растениеводство и животноводство. Для удовлетворения все возрастающих потребностей человек вынужден изменять и даже разрушать природные экосистемы. Движущая сила любых антропогенных экосистем – энергия. Энергетические ресурсы бывают неисчерпаемые (солнце, ветер, приливы) и исчерпаемые (топливно-энергетические). Используя топливо, человек искусственно добавляет энергию в систему. Опираясь на эти представления Ю. Одум (известный американский эколог и зоолог, автор классического труда «Экология») выделил четыре типа экосистем. 1) Природные экосистемы, движимые Солнцем и несубсидируемые. 2) Природные экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые другими естественными источниками. Тема № 8. Экология и здоровье человека 79 3) Э косистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком (агроэкосистемы, аквакультуры). Дополнительная энергия поставляется в них человеком в виде горючего, органических и минеральных веществ и др. Производят продукты питания и другие материалы. 4) Индустриально-городские экосистемы, движимые топливом (города, промышленные комплексы). Основным источником энергии служит не Солнце, а топливо. Они зависят от экосистем трех первых типов. К экосистемам первого типа относятся открытые океаны, глубокие озера, высокогорные леса. То есть те, которые получают мало энергии и имеют низкую продуктивность. Именно они являются основой жизнеобеспечения на планете Земля. Они не способны поддержать высокую плотность фауны и флоры, но занимают громадные площади на Земле. Ими движет энергия Солнца, они основа, стабилизирующая и поддерживающая жизнеобеспечивающие условия на планете. Ко второму типу относятся эустарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, то есть те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра. Они обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы приспособились использовать энергию приливов и отливов. Здесь «производится» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть продукции может выноситься в другие системы или накапливаться. Оба типа экосистем природные и работают без затрат со стороны человека. Данные экосистемы активно участвуют в формировании климата на планете, возвращают в оборот пресную воду, очищают большие объемы воздуха и создают некоторое количество пищевых продуктов и других материалов для человека. Экосистемы третьего и четвертого типа относятся к антропогенным. Экосистемы третьего типа представляют собой агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы. Агроэкосистемы – искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Примером такого рода экосистем могут быть пашни, сенокосы, 80 Основы экологии и охраны природы пастбища. Они созданы человеком для получения высокого урожая – чистой продукции автотрофов. В таких системах саморазвитие культурных растений в период вегетации – процесс природный, за счет солнечной энергии. Однако подготовка почвы, сев и уборка урожая – это энергетические затраты человека. В таких системах происходит снижение видового разнообразия (прополка сорняков), то есть наблюдается упрощение экосистемы. Наряду с этим происходит резкое увеличение отдельных видов – «экологический взрыв». Из истории известно, что колорадский жук, проникнувший на Европейскую часть РФ, буквально опустошил картофельные поля. Со стороны человека необходима искусственная регуляция численности этого насекомого, не сравнимая по силе с природной. Превращать всю территорию природную для земледелия в агросистемы ни в коем случае нельзя, так как это будет угрожать генофонду многих природных видов. Поэтому необходимо на части территории устанавливать заповедный режим для восстановления природных сообществ. Животноводство – это также путь к упрощению экосистемы. Охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, человек уничтожает диких (хищников и травоядных) – конкурентов в пище. Рыбоводство упрощает экосистемы водоемов. Тенденция современного мира сводится к тому, что человек вынужден преобразовывать все новые сложившиеся экосистемы в молодые, продуктивные. На поддержание этих экосистем требуется большое количество топливно-энергетических ресурсов. Это сопровождается утратой видового разнообразия и преобразованием природных ландшафтов. Основными отличиями искусственных экосистем от природных являются следующие: 1. Резко снижено разнообразие видов культивируемых растений и животных населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых животных ничтожно мало по сравнению с природными. 2. Растения и животные, культивируемые человеком, неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека. 3. Агроэкосистемы получают, кроме солнечной, дополнительную энергию, субсидируемую человеком. Тема № 8. Экология и здоровье человека 81 4. Ч истая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не попадает в цепи питания биоценоза. 5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неспособны к саморегуляции, как и природные сообщества, поэтому они не могут существовать без поддержки человека. В экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы (урбосистемы), энергия топлива полностью заменяет солнечную и расход ее на два-три порядка выше, чем в природных экосистемах. Урбосистемы – искусственные системы, возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие жилых зданий, промышленных объектов, транспортных систем и др. Системы такого типа очень неустойчивы. По мере развития города, в нем все более дифференцируются его функциональные зоны: промышленная, селитебная, лесопарковая. Промышленная зона – это территория сосредоточения различных промышленных объектов – основных источников загрязнения окружающей среды. Селитебные зоны – это территории сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. д. Лесопарковая зона – это зеленая зона вокруг крупных городов, приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечения. Внутри городов эту роль выполняют городские парки. В отличие от лесопарков, городские парки не являются саморегулирующимися системами. Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами. Урбанизация – это процесс роста и развития 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. Самым большим городом мира является Мехико, население которого составляет 14 млн человек. Для сравнения население Москвы – 10 млн человек. Общая площадь урбанизированных территорий Земли к 2007 году по прогнозам достигнет 19 млн км2. Это составляет около 13% всей территории суши. При этом следует от- 82 Основы экологии и охраны природы метить, что только 20% территории суши является жизнепригодной для человека. По мнению некоторых исследователей, к 2030 году практически все население мира будет жить в городах или поселках городского типа. Плотность населения в городах может достигать до нескольких десятков тысяч на квадратный километр. Это неминуемо ведет к ухудшению здоровья человека, появлению новых болезней и делает обстановку эпидемиологически опасной. Годовая потребность человека в пище около 1 млн ккал, но реальные затраты на душу населения намного превышают эту цифру (например, в США они в 86 раз больше). Следует отметить, что данные экосистемы присутствуют в больших количествах в развитых станах. В то время, как в слаборазвитых странах присутствуют в основном экосистемы первого и второго типа. Кроме того, важным замечанием является тот факт, что экосистемы третьего и четвертого типа могут существовать лишь на базе экосистем первого и второго типа. 4. ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Как уже говорилось ранее, человек как вид изначально был подвержен действию тех же факторов окружающей среды, что и весь другой животный мир. В ранних человеческих популяциях была саморегуляция. Главными лимитирующими факторами были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли инфекционные болезни, которые, как, правило, отличаются природной очаговостью. Наиболее опасной инфекцией была чума, смертность от которой превосходила гибель людей в многочисленных войнах. Суть природной очаговости состоит в том, что человек – такой же объект экосистемы и является средой обитания некоторых паразитов, переносчиками которых являются животные и насекомые, также входящие в экосистему. Такие заболевания существуют и в современном мире, несмотря на борьбу с ними. Характерным примером может быть борьба с малярией. Это возможно осуществлять с помощью химических веществ (ДДТ), негативно воздействующих на человека. Кроме того, при длительном воздействии у малярийного плазмодия может возникнуть к ним устойчивость. Биологические методы борьбы применяются в настоящее Тема № 8. Экология и здоровье человека 83 время более широко. К ним относятся осушение болот с помощью растений (эвкалипты и др.), культивирование рыб, поедающих личинки комаром и штаммов бактерий, вызывающих гибель малярийного комара. Искусственная среда требует адаптации к себе, которая происходит через болезни. Основными причинами заболеваний являются гиподинамия, переедание, информационное изобилие, психоэмоциональный стресс. Они вызывают следующие тенденции: процесс акселерации, нарушение биоритмов, аллергизация населения, рост онкологической заболеваемости, отставание физиологического возраста от календарного, возврат инфекционной патологии, абиологическая тенденция в организации жизни. Акселерация – это ускорение развития отдельных органов или частей тела организма по сравнению с некой биологической нормой. Акселерация стала возможной после «снятия» лимитирующего действия нехватки пищевых ресурсов. Нарушение биологических ритмов – естественную регуляцию светового дня (фотопериодизм) нарушает искусственное освещение. Переход к новому ритмическому стереотипу сильнее выражен у представителей городской биоты. Аллергизация населения – основная черта, характерная для крупных городов. Изначально иммунная система человека находилась в гармонии с окружающей средой. Вследствие большого числа загрязняющих среду веществ, большинство из которых новые и «незнакомые» нашей иммунной системе, действие которых она никогда раньше не испытывала, возникают нарушения. Аллергия представляет собой извращенную чувствительность к какому-то аллергену (экзоаллергену или аутоаллергену). Такие состояния приводят к развитию таких тяжелых болезней, как бронхиальная астма, крапивница или лекарственная аллергия. Показатели онкологической заболеваемости и уровня смертности населения также являются критерием благополучия городской среды. Всевозможные новообразования инициируются канцерогенными веществами, многие из которых содержатся в загрязняющих среду промышленных выбросах. В экономически развитых странах смертность от рака стоит на втором месте после сердечно-сосудистых заболеваний. Увеличение онкологических заболеваний также следствие нарушений иммунной системы человека. Нарушения в генетическом аппарате человека может 84 Основы экологии и охраны природы также привести к рождению недоношенных детей. Соответственно, физиологически неполноценные дети больше чем кто-либо подвержены воздействию неблагоприятных факторов. Инфекционные болезни тоже не искоренены в полной мере. Большинство вирусов и бактерий – возбудителей болезней способны к мутации. Новые штаммы микроорганизмов обладают большей устойчивостью к лекарственным средствам. Такие болезни можно отнести к природно-очаговым в городской среде. В современном мире с новой силой обострилась заболеваемость туберкулезом. Следует отметить, чтобы возникнуть эпидемии требуется не просто появление возбудителей болезни, но и определенная численность людей так называемый «порог передачи». Для заболевания «корь» он составляет 300 тысяч человек. Абиологические тенденции, под которыми понимают гиподинамию, курение, наркоманию и другие черты образа жизни человека, могут привести к ряду заболеваний. Опасным фактором является стерилизация окружающей среды, когда вместе с вредными погибают и полезные компоненты живой среды. Следствием этого является нарушения со стороны иммунной системы у человека. Сохранение здоровья человека является темой изучения профилактической медицины. Другая наука – гигиена изучает здоровый образ жизни. Гигиенисты впервые увидели связь между средой и здоровьем человека. Гигиена изучает влияние факторов среды (природные, бытовые и общественно-производственные) на здоровье человека, его работоспособность и продолжительность жизни. Задачами гигиены является разработка определенных показателей нормы – гигиенических нормативов. Следуя поставленным целям, сохраняется здоровье и отдельных людей и человечества в целом. 5. П УТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПИТАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ЧЕЛОВЕКА В современных условиях человек проживает в условиях неблагоприятной экологической обстановки, вызванной, в первую очередь, высоким уровнем загрязнения окружающей среды. Отрицательно действуют на здоровье человека постоянные стрессы, неполноценное питание, побочные эффекты лекарственных препаратов, вредные привычки, длительное пребывание на солнце и другие фак- Тема № 8. Экология и здоровье человека 85 торы. Все это приводит к поступлению в организм человека ксенобиотиков – биологически активных веществ, чужеродных нашему организму. В ответ на поступление этих веществ в нашем организме формируются ответные реакции. Возникает либо динамическая адаптация (адаптационная резистентность), либо дезадаптация с последующим патологическим состоянием. Прежде всего, это касается заболеваний печени и почек, а также нарушений в иммунной системе. Интегральный результат зависит от целого ряда факторов, таких как степень чужеродного воздействия, функционального состояния адаптационно-защитных систем организма (особенности пищевого статуса). Не имея возможности влиять на объем и силу чужеродной нагрузки, возможно воздействовать на процесс, используя алиментарную поддержку и долговременную адаптацию. Таким образом, алиментарная адаптация может быть существенным механизмом, осуществляющим выработку резистентности организма к неблагоприятным воздействиям ксенобиотиков. Другими словами, здоровье человека в современном мире можно сохранить, используя, прежде всего, правильный режим питания в сочетании со здоровым образом жизни. Под правильным питанием следует понимать сбалансированное питание, использование качественных продуктов, которое должно быть доступно широким слоям населения. Другим важным шагом является усиление механизма адаптации организма к неблагоприятным факторам среды. Для этого используются специальные лекарственные средства, к числу которых, прежде всего, относятся иммуномодуляторы, тонизирующие средства, гепатопротекторы и адаптогены. Среди них, как известно, много средств растительной природы, на основе сырья эхинацеи пурпурной, родиолы розовой, расторопши пятнистой, элеутерококка колючего, лимонника китайского, мелиссы лекарственной и др. Человеческий организм по сути представляет собой саморегулирующуюся систему. Защита от вредных факторов реализуется через ряд универсальных механизмов, главными из которых являются система биотрансформации ксенобиотиков и антиоксидантная защита. При этом в понятие трансформации входят и ферментативные химические превращения ксенобиотиков, и тканевое распределение, и депонирование самих веществ и продуктов их превращения в различных тканях. В современных условиях питание должно 86 Основы экологии и охраны природы обеспечивать не только традиционную функцию, обеспечение организма необходимым количеством питательных веществ, воды и витаминов, но и способствовать снижению усвоения ксенобиотиков, ослаблению неблагоприятного воздействия чужеродных факторов на организм и уменьшению депонирования контаминантов в тропных тканях с усилением их выведения. Практически это осуществляется за счет следующих факторов: 1. Применение адсорбирующих компонентов позволяет снизить усвоение ксенобиотиков. Естественными адсорбентами являются разнообразные пищевые волокна, целлюлоза, пектин, коллаген, альгинаты, хитин. Эти вещества адсорбируют на себе ксенобиотики и не дают им всасываться. Кроме того, раздражая стенки кишечника, существенно увеличивают его моторику и тем самым сокращают время пребывания вредных веществ в тонком кишечнике. 2. Нейтрализация действия ксенобиотиков, за счет образования с ними неусвояемых комплексов. Таков механизм действия некоторых витаминов, аминокислот и дубильных веществ. 3. Усиление трансформации и выведения ксенобиотиков, поступивших в организм. Данный механизм универсален и протекает в две стадии. На первой стадии с участием цитохрома Р-450 моноксигеназной системы эндоплазматического ретикулума клеток происходит активация ксенобиотика. На второй стадии – процесс присоединения к нему конъюгатов в виде крупномолекулярных соединений, таких как глутатион и глюкуроновая кислота. В таком виде они могут быть безопасно выведены из организма почками. Первые два способа позволяют ограничить всасывание ксенобиотиков в желудочно-кишечном тракте, третий – направлен на скорейшую нейтрализацию и выведение вредных веществ, поступивших в организм. Однако на практике не все так просто. Зачастую бывает так, что процесс трансформации превращает ксенобиотики в еще более опасные соединения. Такое явление получило название метаболической активации. Существенную помощь в нейтра- Тема № 8. Экология и здоровье человека 87 лизации метаболических ядов могут оказать антиоксиданты, среди которых известные витамины: аскорбиновая кислота, β-каротин, витамин Е, флавоноиды. Другой важной группой биологически активных веществ (БАС) являются флаволигнаны, обладающие гепатопротекторной активностью. Таким образом, можно сделать вывод, что в питании современного человека, проживающего в условиях экологического неблагополучия, в повышенном количестве должны присутствовать компоненты, способные нейтрализовать ксенобиотики, поступающие в организм человека ежедневно с пищей, водой и воздухом. Это будет способствовать снижению риска развития заболеваний. Однако современный ритм жизни, низкое качество ряда продуктов питания, отсутствие культуры рационального питания не позволяет человеку использовать алиментарную поддержку в полном объеме. Все это привело к созданию биологически активных добавок к пище (БАД). БАД – это концентраты натуральных или идентичных натуральным биологически активных веществ, предназначенные для непосредственного приема или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона питания человека отдельными биологически активными веществами или их комплексами. Отметим, что в случае развития серьезных заболеваний у человека показано применение лекарственных препаратов, обладающих антиоксидантным и гепатопротекторным действием. В настоящее время на российском фармацевтическом рынке существует большое количество БАД. Их получают из растительного, животного и минерального сырья. Они предназначены как для приема внутрь, так и наружного применения. Существуют БАДы в виде самых разнообразных лекарственных форм (таблетки, микстуры, настойки, эликсиры, бальзамы и др.). Цель применения БАД – коррекция пищевого рациона. Однако в современной действительности БАДы часто преподносятся как альтернатива лекарственным средствам. Напомним, что регистрация лекарственных средств занимает продолжительное время и требует больших денежных затрат для проведения специальных экспертиз. Кроме того, при производстве БАДов не контролируется состав на содержание биологически активных веществ. Отсутствие механизма контроля влечет за собой появление некачественной и вредной для здоровья продукции. Кро- 88 Основы экологии и охраны природы ме того, существует большое количество БАД иностранного производства, состав которых не известен широкому кругу потребителей. Все существующие на фармацевтическом рынке БАДы проходят специальную регистрацию и внесены в Федеральный реестр биологически активных добавок к пище, разрешенных к применению в РФ. Контроль за безопасным применением БАДов осуществляется со стороны различных государственных служб. Следует различать следующие понятия: Биологически активные добавки к пище – композиции натуральных или идентичных натуральным биологически активных веществ, предназначенных для непосредственного приема или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона отдельными пищевыми или биологически активными веществами или их комплексами. Нутрицевтики – биологически активные добавки к пище, применяемые для коррекции химического состава пищи человека (дополнительные источники нутриентов: белков, аминокислот, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон). Парафармацевтики – биологически активные добавки к пище, применяемые для профилактики, вспомогательной терапии и поддержки в физиологических границах функциональной активности органов и систем. Эубиотики (пробиотики) – биологически активные добавки к пище, в состав которых входят живые микроорганизмы и (или) их метаболиты, оказывающие нормализующее воздействие на состав и биологическую активность микрофлоры пищеварительного тракта. Кроме того, проблемы возникают и при применении пищевых добавок, использование которых преследует, в первую очередь, технологические цели. К числу таких средств относятся компоненты почти всех пищевых продуктов, в том числе и те, которые мы считаем экологически чистыми. Название этих компонентов занимает много места на упаковках продуктов, поэтому в 1953 году в Европе было решено заменить их буквенно-цифровыми кодами. В нашей стране узаконена эта система была в 1978 году. Этими компонентами являются специальные Тема № 8. Экология и здоровье человека 89 красители, консерванты, антиоксиданты, стабилизаторы, эмульгаторы, усилители вкуса и аромата, а также глазирователи, подсластители, разрыхлители и другие добавки. Индекс Е является сокращением от Европа, номер соответствует определенному химическому веществу, добавление которого в продукт изменяет его потребительские свойства в лучшую сторону. Пищевые добавки бывают натуральные и синтетические. В настоящее время существуют разработки, предполагающие использование в качестве консервантов пищи флаволигнанов расторопши пятнистой, которые сами по себе являются полезными компонентами. Вред от применения пищевых добавок считается минимальным, в то же время по оценке специалистов в год мы употребляем от 2,5 до 9 кг этих средств. Разрешение для применения новых пищевых добавок в нашей стране должно быть одобрено «Ростестом» и НИИ питания РАН. Международные требования к пищевым добавкам также очень жесткие. Однако это не исключает ситуации, что запрещенные за рубежом пищевые добавки в составе продуктов попадают на российский рынок, где официально не запрещено их использование. Так, в России не допускается использование антибиотиков при производстве пищевых продуктов. По этой причине отсутствуют отечественные методики анализа, контролирующие уровень антибиотиков. Поэтому в настоящее время возможно поступление из-за рубежа продуктов, содержащих антибиотики и другие вредные компоненты. Таким образом, правильное питание было и остается одним из важных способов сохранить здоровье человека. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Выберите растительные пищевые продукты, которые являются источниками каротиноидов: 1) Мякоть плодов тыквы 2) Яблоки 3) Листья белокочанной капусты 4) Корнеплоды моркови 5) Плоды сладкого перца 6) Корнеплоды свеклы 90 Основы экологии и охраны природы 2. Укажите роль аскорбиновой кислоты в алиментарной поддержке организма человека. 1) Является естественным адсорбентом. Препятствует всасыванию ксенобиотиков и усиливает перистальтику, предотвращая быстрое всасывание вредных веществ. 2) Нейтрализация действия ксенобиотиков за счет образования с ними неусвояемых комплексов. 3) Усиление трансформации ксенобиотиков, поступивших в организм путем присоединения к ним конъюгатов, таких как глутатион и глюкуроновая кислота. 4) Усиление выведения ксенобиотиков через почки. 3. Укажите правильное определение термина пищевая добавка 1) Вещество, чужеродное живым организмам отсутствующее в нормальном обмене веществ 2) Вещества, которые входят в состав пищевых продуктов в технологических целях, для придания пищевым продуктам определенных свойств (цвета, вкуса, длительного срока хранения и т. д.) 3) Композиции биологически активных веществ, входящие в состав препаратов и пищевых продуктов с целью оздоровления человека 4. Укажите возможное действие пищевых добавок на организм человека 1) На организм человека пищевые добавки не влияют, так как содержатся в продуктах в очень малых концентрациях 2) Зачастую нарушают обмен веществ и снижают иммунитет человека 3) Способствуют укреплению иммунитета 5. Из предложенных веществ выберите те, которые часто входят в состав биологически активных добавок к пище 1) Аскорбиновая кислота 2) Лимонная кислота 3) Глутаминовая кислота 4) Каротиноиды Правильные ответы: 1-1, 4, 5; 2-2; 3-2; 4-2; 5-1, 4 Тема № 9 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА АТМОСФЕРУ Состояние дел в области экологии многие специалисты характеризуют как экологический кризис. Под этим термином понимают такую степень взаимоотношения природы и общества, при которой до предела обострились противоречия между экономикой и экологией. При этом стабильность природных экосистем серьезно подорвана воздействием антропогенного фактора. Прежде всего, это связано с загрязнением окружающей среды. Загрязнение – это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химически, информационных и биологических агентов, либо превышение в рассматриваемое время естественного, среднемноголетнего уровня этих агентов, нередко приводящее к негативным последствиям. Загрязняющие вещества изменяют окружающую среду и оказывают вредное воздействие на живые организмы, так как являются токсикантами. Токсикант – вредное вещество, вызывающее изменения здоровья при попадании в организм различными путями. Примером токсикантов могут быть диоксид серы и азота, фенол, пестициды и др. Различают также суперэкотоксиканты – вещества, которые в малых количествах оказывают сильное индуцирующее или ингибирующее действие на ферменты, устойчивы в природной среде и имеют высочайшую подвижность в биосфере. К таким веществам относятся тяжелые металлы (например, ртуть), диоксины. Все токсические вещества 92 Основы экологии и охраны природы в зависимости от степени вредного воздействия отнесены к разным классам опасности. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ВИДОВ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящую физические, химические, биологические и другие изменения в природную среду. Антропогенное влияние возможно классифицировать по природе происхождения, глубине и площади распространения, времени действия и характеру приложения на целенаправленные и стихийные, прямые и косвенные, длительные и кратковременные, точечные и площадные. Большинство воздействий носит целенаправленный характер, то есть осуществляется сознательно во имя достижения конкретных целей. Также существуют антропогенные воздействия стихийные или непроизвольные, носящие характер последствий. Таким типом воздействия являются, например, процессы подтопления, возникающие после строительства. Антропогенное воздействие на биосферу может быть положительным и отрицательным. Положительным является воспроизводство природных ресурсов, полезащитное лесоразведение, рекультивация земель на месте разработок полезных ископаемых и др. Следует отметить, что гораздо больше в настоящее время существует отрицательных типов воздействия на биосферу. Особенно сильно они стали проявляться во второй половине XX века. Антропогенные воздействия внесли столько изменений, что биосфера перестала служить гарантом устойчивости, как это было в течение миллиардов лет. Собственно отрицательное воздействие заключается в исчерпании полезных ископаемых, вырубке лесов, засолении и опустынивании земель, сокращение численности видов животных и растений и многое другое. Основными глобальными факторами дестабилизации являются: – рост и потребление ресурсов при их сокращении; – рост населения планеты при сокращении пригодных для обитания территорий; Тема № 9. Основные типы антропогенных воздействий на атмосферу 93 – д еградация основных компонентов биосферы, снижение способности природы к самоподдержанию; – возможные изменения климата и истощение озонового слоя Земли; – сокращение биологического разнообразия; – возрастание экологического ущерба от стихийных бедствий и техногенных катастроф; – недостаточный уровень координации действий мирового сообщества в области решения экологических проблем. Главнейшим и наиболее распространенным видом воздействия на биосферу является загрязнение окружающей среды. 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, растений и целых экосистем. Загрязнение также бывает природным (пыльные бури, вулканическая деятельность, сели и др.) и антропогенным. Основными источниками загрязнения являются вредные выбросы промышленных предприятий, сточные воды, промышленные и бытовые отходы. Наиболее опасными загрязнителями (поллютантами – от англ. «pollution» – «загрязнение») являются следующие вещества: диоксид серы, некоторые канцерогены, в том числе бензапирен, нефтепродукты, хлорорганические пестициды, оксид углерода и окислы азота, радиоактивные вещества, диоксины, тяжелые металлы. Антропогенные загрязнения можно классифицировать по природе происхождения на физические (тепловые, шумовые, вибрационные, электромагнитные), химические (пестициды, тяжелые металлы и др.) и биологические (микробиологические, генетически модифицированные организмы). Говоря об антропогенном загрязнении, удобно рассматривать загрязнение по отдельности атмосферы, гидросферы, литосферы, а также негативное воздействие на биотические сообщества. Хотя совершенно очевидно, что загрязнение одной из оболочек биосферы в силу круговорота веществ отражается и на всех других составляющих живой оболочки Земли. 94 Основы экологии и охраны природы В соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ от 15.06.2001 года № 511 существует 5 классов опасности отходов производства и потребления (табл. 1): Классы опасности отходов для природы Степень вредного Класс воздейопасности ствия Критерии отнесения отхода опасных опасных отходов к классу для окружаю- отходов опасности для окружающей щей природ- на окруприродной среды ной среды жающую природную среду Таблица 1 Примеры веществ Очень высокая Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует. Ртуть, бенз(а)пирен, соединения хрома и мышьяка и др. Высокая Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия. Сероводород, бензол, соединения меди и никеля и др. Средняя Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника. Уксусная кислота, ацетальдегид, сернокислая медь и др. IV класс (мало­ опасные) Низкая Экологическая система нарушена. Период самовосстановления не менее 3 лет. Аммиак, окись углерода, бензины V класс (практически неопасные) Очень низкая Экологическая система практически не нарушена. I класс (чрезвычайно опасные) II класс (высоко­ опасные) III класс (умеренно опасные) Тема № 9. Основные типы антропогенных воздействий на атмосферу 95 Следует отметить, что для всех вредных веществ существуют нормы предельного содержания в воде, почве, воздухе. Превышение этих норм приводит к необратимым последствиям для биосферы. Кроме того, в соответствии с ГОСТом 12.1.007-76 «Классификация и общие требования безопасности» по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности (табл. 2). Таблица 2 Классы опасности веществ для организма человека Класс опасности I II III IV Степень опасности чрезвычайно опасные вещества высокоопасные вещества умеренно опасные вещества малоопасные вещества Класс опасности рассчитывается либо экспериментально устанавливается по специальным методикам. 2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека, животных и другие компоненты экосистемы. По происхождению источников загрязнение бывает естественным (природным) и антропогенным (техногенным). По масштабам распространения различают местное, региональное и глобальное загрязнение. Местное распространяется на город, район города и др. небольшие территории. Региональное охватывает большие территории, но не всю планету. Глобальные затрагивают изменения в атмосфере в целом. Естественное загрязнение воздуха может возникать под воздействием природных процессов. К ним относятся вулканическая активность, дым лесных пожаров, массовое цветение растений, выделяющих пыльцу и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросами промышленных предприятий. По площади распространения различают местные (город, район), региональные, когда 96 Основы экологии и охраны природы попадают значительные площади планеты и глобальные влекут изменения на всей планете. По агрегатному состоянию загрязнения бывают газообразные (диоксид серы, окислы азота, углеводороды и др.), жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, бензин) и твердые (канцерогенные вещества, свинец, пыль, сажа, смолы и др.). Из всех загрязнителей самыми распространенными являются диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, твердые частицы. Так, суммарный выброс загрязняющих веществ (поллютантов) в 2001 г. составил 41,8 млн т. К числу наиболее опасных относятся радиоактивные вещества, попадание в атмосферу которых связано с испытаниями ядерного оружия и процессом эксплуатации АЭС. Так, суммарный выброс радиоактивных веществ при аварии на Чернобыльской АЭС составил 77 кг. К числу основных загрязнителей атмосферного воздуха относятся теплоэнергетические предприятия (ТЭЦ и АЭС, котельные и др.), автотранспорт, предприятия черной и цветной металлургии, нефтедобычи и нефтепереработки, машиностроения и др. Наиболее экологичным является газовое топливо, которое загрязняет атмо­ сферу в 3 раза меньше, чем мазут и в 5 раз меньше, чем уголь. Загрязнение атмосферы нарушает естественные процессы экосистемы и пагубно отражается на здоровье человека. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой в воздухе, превращается в серную кислоту, вдыхание которой разрушает легочную ткань. Пыль, содержащая диоксид кремния, может вызвать тяжелое заболевание легких – силикоз. Окислы азота разъедают слизистые оболочки глаз и легких, при их совместном действии происходит усиление токсичности. Содержащийся в атмосфере угарный газ вреден для людей, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями, так как препятствует насыщению крови кислородом. Среди пылевых частиц наиболее опасны частицы с размером менее 5 мкм, способные проникать через слизистые оболочки и задерживаться в альвеолах легких. Незначительные количества свинца, бенз(а)пирена, фосфора, мышьяка и других токсичных веществ, воздействующих длительно, могут вызывать изменения со стороны иммунной системы и способствовать развитию онкологических заболеваний. Следует отметить, что загрязнение атмосферы наносит вред народному хозяйству страны. Так, кислотные дожди вызывают быст- Тема № 9. Основные типы антропогенных воздействий на атмосферу 97 рое разрушение железобетонных строительных конструкций, ускоряют процессы коррозии металлов. Загрязнение атмосферы пагубно отражается не только на здоровье человека, но и на других компонентах биоты. Известны случаи массовой гибели птиц и насекомых при залповых выбросах промышленных предприятий. Растения также страдают от вредных выбросов в атмосферу. Наиболее опасен диоксид серы, попадая в воздух и соединяясь с влагой, может пролиться на землю в виде кислотных дождей, губящих все живое. Хотя есть и примеры положительного влияния кислотных дождей. Так, почва степей имеет в норме щелочную реакцию среды, и ее небольшое подкисление является положительным моментом. Имеются даже данные, что после выпадения небольших кислотных дождей в степях наблюдается некоторое увеличение урожайности. Однако при длительном воздействии кислот у растений прекращается фотосинтез. Особенно страдают от кислотных дождей хвойные растения. На территории нашей страны отмечаются поражения лесных массивов Сибири, Карелии и других районов. Закисление почвы может привести к изменению ее состава. Опасным является также закисление воды. Например, в районах города Норильска и на Северном Урале огромные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за выбросов диоксида серы Норильским горно-химическим комбинатом. Одним из последствий загрязнения является так называемый «парниковый эффект». Это явление связано с накоплением в атмосфере в результате промышленных загрязнений диоксида углерода, метана, фреонов и др. «Парниковые газы» препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли, действуя как крыша теплицы, почти не пропуская тепло, излучаемое Землей. Это может стать причиной глобального потепления на планете. Так, к 2100 г. эксперты прогнозируют увеличение температуры на 2-4 градуса. Экологические последствия такого потепления могут быть катастрофичны. Это связано с массовым таянием ледников и повышением уровня Мирового океана. Другой немаловажной проблемой современности является образование «озоновых дыр». Истощение озонового слоя также опасно серьезными последствиями для планеты. В районах с разрушенным защитным озоновым экраном увеличивается количество онкологических заболеваний людей, связанных с вредным воз- 98 Основы экологии и охраны природы действием коротковолнового УФ-излучения. Причиной разрушения озонового слоя называют повышение содержания в атмосфере фреонов. Эти газы разлагаются в атмосфере с выделением хлора, разрушающим озоновый слой. 3. А НАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ Степень загрязнения атмосферы различными веществами постоянно контролируется различными надзорными органами. Контроль ведется как со стороны предприятий, осуществляющих выброс вредных веществ, так и различными государственными службами (Санэпидстанциями, Роспотребнадзором, Росприроднадзором др.). Для этого проводят забор порции воздуха специальными приборами (аспираторами). В зависимости от типа анализируемого вещества забирают разный объем на анализ. Далее следует анализ пробы воздуха. Качественный экспресс-анализ с использованием индикаторных трубочек можно проводить непосредственно на месте забора пробы воздуха. Количественное содержание летучих веществ оценивают методом газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ). Далее рассчитывают содержание вредных веществ относительно допустимых концентраций. Для каждого вредного вещества установлен свой уровень содержания в атмосфере. Кроме того, для одного и того же вещества установлены различные предельно допустимые концентрации (ПДК) содержания для разных типов помещений. Наиболее жесткие требования предъявляются к учебным помещениям, детским садам, школам. В цехах на производстве очевидно уровень содержания вредных компонентов и соответственно нормативы будут выше. Для объективного анализа необходимо правильно производить забор пробы воздуха – из рабочей зоны, в удаленности от окон и дверей в закрытых помещениях. Все это регламентируется определенными правилами. ПДК рабочей зоны – это концентрация, которая при ежедневной работе в течение 8 часов (за исключением выходных дней) в течение всего рабочего стажа не должна вызывать заболеваний и отклонений в здоровье, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы и в отдаленные сроки жизни на- Тема № 9. Основные типы антропогенных воздействий на атмосферу 99 стоящего и последующих поколений. Рабочей зоной считается расстояние до 2 м над уровнем пола или той площадки, где постоянно пребывает работник. ПДК рабочей зоны выше, чем ПДК для атмо­ сферного воздуха Для оценки экологического риска на предприятиях проводятся специальные расчеты с целью определить границы санитарно-защитной зоны предприятия, расчет поля приземных концентраций, оценки предельно допустимых выбросов. В расчетах учитываются метеоусловия, атмосферная диффузия, коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы (он различный для различных регионов РФ), мощность выбросов, диаметр устья выбросов (трубы). Назовем некоторые наиболее опасные загрязняющие вещества для атмосферы. К ним относятся: аммиак, бенз(а)пирен, формальдегид, бензин, метан, монооксид углерода (угарный газ) и др. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите наиболее опасные газообразные загрязняющие атмосферу вещества: 1) Диоксид серы 2) Кислоты 3) Уран 4) Окислы азота 5) Пыль 6) Сажа 2. Укажите вредное вещество, загрязняющее атмосферу, которое может пагубно влиять на здоровье человека, вызывая силикоз: 1) Оксид углерода (угарный газ) 2) Диоксид кремния 3) Свинец 4) Диоксид серы 5) Углекислый газ 100 Основы экологии и охраны природы 3. Укажите тип загрязнения атмосферы целой области или небольшого государства: 1) Местное загрязнение 2) Региональное загрязнение 3) Глобальное загрязнение 4. Укажите негативные последствия загрязнения атмосферы: 1) Уменьшение количества атмосферных осадков 2) Отрицательное влияние на стратосферу 3) Кислотные дожди 4) Нарушение озонового слоя 5) «Парниковый эффект» Правильные ответы: 1-1, 4; 2-2; 3-2; 4-3, 4, 5 Тема № 10 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ГИДРОСФЕРУ 1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ Потребность в использовании воды растет с каждым годом, поэтому антропогенное воздействие на гидросферу возрастает постоянно. Под загрязнением вод понимают изменение физических и органолептических свойств, увеличение содержания токсичных веществ, болезнетворных бактерий и сокращение содержания кислорода. Незначительные естественные загрязнения встречаются редко и к ним относятся сильно минерализованные подземные или морские воды, которые могут внедряться в пресные водоемы. Подавляющее количество загрязнений связано с искусственным загрязнением. Процесс попадания в водоемы значительных количеств биогенных веществ – азота, фосфора, минеральных удобрений, моющих средств и других загрязнений называется антропогенная эвтрофикация. Попадание этих веществ в воду ведет к усиленному размножению сине-зеленых водорослей, которые потребляют кислород воды и выделяют в воду токсичные для всех гидробионтов (обитателей воды) продукты своей жизнедеятельности. Наблюдается гибель рыбы и водной растительности. Нарушается экологический баланс водоемов. В настоящее время в РФ около 70% рек и озер утратили свои качества источника питьевой воды. Выделяют химическое, бактериальное, радиоактивное, механическое и тепло- 102 Основы экологии и охраны природы вое загрязнения. Эти негативные процессы охватывают как пресноводные водоемы, так и Мировой океан. В то время как в природе эти процессы идут в течение столетий, антропогенная эвтрофикация водоемов протекает в десятки раз быстрее, оказывая пагубное воздействие. Так, загрязнение озера Байкал привело к обеднению гидробионтов, уменьшению зоопланктона, гибели значительной части численности популяции байкальской нерпы и др. Химическое загрязнение наиболее распространено. Загрязнителями могут выступать органические вещества (фенолы, пестициды и др.) и неорганические (соли, кислоты, щелочи). Встречаются высокотоксичные (мышьяк, соединения свинца и кадмия и др.) и нетоксичные компоненты. Некоторые из них способны проникать в подземные воды и снова оказываться на поверхности. Наиболее распространенными загрязнителями являются нефть и нефтепродукты, а также смолы и жирные масла, образующие пленку на поверхности воды. Также часто встречаются растворенные в воде вещества. К ним относятся синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), пестициды, тяжелые металлы, диоксины, нитраты и другие вещества. Биологическое загрязнение заключается, прежде всего, в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших и грибов. Это опасно вспышками заболеваний человека. Хотя это явление и носит временный характер, может представлять собой реальную опасность. Опасность представляют также попадающие в водоемы необезвреженные яйца гельминтов. Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.), значительно ухудшающих качество питьевой воды. Поверхностные воды часто бывают засорены бытовым мусором. Данные загрязняющие вещества не растворяются в воде, образуя осадки. Среди физических загрязняющих факторов наибольшую опасность представляют радиоактивное и тепловое загрязнение. Радио­ активное загрязнение очень опасно, причем особенно опасны радиоактивные элементы с большим периодом полураспада (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Они могут попадать в подземные воды, а также испаряться с поверхности и снова попадать на поверхность в виде осадков. Тепловое загрязнение связано с Тема № 10. Основные типы антропогенных воздействий на гидросферу 103 повышением температуры вод в результате смешивания их с более нагретыми водами. Это влечет за собой изменение газового состава вод и размножение некоторых болезнетворных микроорганизмов. Основными источниками загрязнения являются: 1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод; 2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками; 3) газодымовые выбросы; 4) утечки нефти и нефтепродуктов. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите наиболее опасные химические вещества, загрязняющие гидросферу: 1) Нефтепродукты 2) Синтетические поверхностно-активные вещества 3) Вирусы 4) Тепловая энергия 5) Бактерии 6) Радиоактивное излучение 2. Укажите неблагоприятные последствия для здоровья человека биологического загрязнения гидросферы: 1) Накопление вредных веществ в обитателях воды, используемых человеком в пищу рыбе и водорослях 2) Вспышки вирусных и бактериальных инфекций 3) Мутации 4) Увеличение риска паразитарных заболеваний 5) Сокращение количества атмосферных осадков в регионе 3. Укажите пагубные последствия загрязнения гидросферы: 1) Эрозия почв 2) Размножение болезнетворных микроорганизмов 3) Истощение недр 4) Истощение озонового слоя 5) «Парниковый эффект» 6) Антропогенная эвтрофикация 104 Основы экологии и охраны природы 4. Укажите загрязняющие вещества, не растворяющиеся в воде и присутствующие в виде пленки на поверхности: 1) Нитраты 2) Нефтепродукты 3) Глина 4) Песок 5) Вирусы 6) Смолистые и жирные вещества Правильные ответы: 1-1,2; 2-2,4; 3-2,6; 4-2,6 Тема № 11 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЛИТОСФЕРУ Антропогенное воздействие на литосферу заключается в деградации почв, воздействии на горные породы и их массивы и недра земли. Деградация почв – это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия. Зная, что почва – практически невозобновляемый природный ресурс, не следует также забывать, что почва – основа существования биосферы. Хозяйственная деятельность человека приводит к размыканию круговорота веществ, это нарушает саморегуляцию почвы и снижает ее плодородие. Следует помнить, что основное качество почвы заключается в ее плодородии, а нерациональная эксплуатация приводит к потере гумуса. К деградации почв также приводят эрозия почв, загрязнение, вторичное засоление, заболачивание и опустынивание. Эрозия почв заключается в разрушении верхних, наиболее плодородных горизонтов почвы. Различают промышленную эрозию (разрушение почв при строительстве и разработке карьеров), военную (воронки, траншеи), пастбищную (интенсивные выпасы скота), ирригационную (разрушения почвы при прокладке каналов). Очень неприятны последствия ветровой эрозии почв, особенно это типично для засушливых районов. При сильных и продолжительных ветрах и небольших осадках возникают пыльные 106 Основы экологии и охраны природы бури, способные за несколько часов развеять 500 т почвы с 1 га. Это сопровождается загрязнением воздуха и воды, отрицательно влияет на здоровье человека. Основным источником пыли является район Аральского моря, шлейфы пыли от которого тянутся на сотни километров. Встречается водная эрозия, которая заключается в разрушении почвы под действием временных водных потоков. Основными загрязнителями почвы являются пестициды, минеральные удобрения, тяжелые металлы, стойкие хлорорганические соединения, нефть и нефтепродукты и др. Пагубные последствия загрязнения почвы очевидны. Избыточное внесение минеральных удобрений приводит к их накоплению в почве и попаданию в растения. Такие растения могут стать причиной отравления человека. Нефтепродукты, попадающие в литосферу, образуют на поверхности почвы пленку, непроницаемую для воздуха. Она губительна для обитателей почвы. Диоксины и токсичные вещества, попадающие в почву из мусора способны накапливаться в растениях, попадать в водоемы и др. Так или иначе они оказываются в пище человека и оказывают негативное действие на здоровье человека. Поступление этих веществ с пищей может привести к отравлениям, токсическим поражениям печени, мутациям клеток. В процессе хозяйственной деятельности человека может усиливаться природное засоление почв. Это связано с неумеренным орошением земель и называется вторичным засолением. Появление соли влечет за собой изменение растительности и других компонентов экосистемы. Заболачивание почв наблюдается в переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне РФ, районах Западной Сибири и некоторых других регионах. Другим опасным явлением является опустынивание. Это процесс превращения плодородных земель в пустыню. Опустыниванию подвержены районы Приуралья, Черные земли Калмыкии и Астраханской области. К числу воздействий на горные породы и их массивы относятся статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия. Статические нагрузки дают здания и Тема № 11. Основные типы антропогенных воздействий на литосферу 107 сооружения, особенно возведенные на вечномерзлотных и торфяных грунтах. Динамические нагрузки, заключающиеся в вибрации, взрывах и других колебаниях, возникают при работе транспорта, заводских механизмов и др. Существенное повышение температуры наблюдается при подземной газификации углей, при которых температура может повышаться до 100 0С. Создаваемое в горных породах электрическое поле (блуждающие токи и поля) может менять их свойства. Массивы горных пород, затронутые хозяйственной деятельностью человека, подвергаются опасным геологическим процессам: оползням (скольжение горных пород вниз по склонам), карстам (пустоты под землей влекут за собой образование воронок и провалов земли), подтоплению (повышение уровня грунтовых вод, влекущее набухание глиняных пород), просадкам. Воздействием на недра является добыча полезных ископаемых. Недрами называют верхнюю часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых и разработка всевозможных подземных строений (метро, подземные города и др.). Недра необходимо охранять от истощения и загрязнения вредными отходами, сточными водами и др. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите наиболее опасные вещества, загрязняющие лито­ сферу: 1) Стойкие хлорорганические соединения 2) Пыльца растений 3) Нефть и нефтепродукты 4) Пестициды 2. Укажите пагубные последствия загрязнения литосферы: 1) Ветровая и водная эрозия 2) Деградация почв 3) Существенное увеличение размножения сине-зеленых водорослей 4) «Парниковый эффект» 108 Основы экологии и охраны природы 3. Укажите пагубные последствия загрязнения литосферы для здоровья человека: 1) Сокращение площадей, пригодных для застройки 2) Сокращение площадей, пригодных для полноценного отдыха 3) Усиленное размножение болезнетворных бактерий в почве 4) Уменьшение озонового слоя 5) Поступление пестицидов и диоксинов с пищей 6) Появление мутаций и новообразование 4. Выберите загрязняющие почву вещества, приводящие появлению на поверхности почвы пленки, нарушающей аэрацию почвы: 1) Нефть и нефтепродукты 2) Хлорорганические соединения 3) Минеральные удобрения 4) Бытовые и промышленные отходы и отбросы Правильные ответы: 1-1,3,4; 2-1,2; 3-3,5,6; 4-1 Тема № 12 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА БИОТИЧЕСКИЕ СООБЩЕСТВА 1. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТИЧЕСКИЕ СООБЩЕСТВА Антропогенное воздействие затрагивает не только абиотические компоненты, но и пагубно отражается на состоянии биотических сообществ, вызывая их трансформацию. Следует помнить, что изменение растительности и животного мира – это изменение среды обитания человека, грозящее в недалеком будущем непредсказуемыми последствиями. Прежде всего, негативное влияние отражается на снижении видового разнообразия живой природы. Этот процесс начался давно, но наиболее активно происходит последние 30-40 лет. На наших глазах происходит самое значительное за последние 65 млн лет исчезновение видов растений и животных со скоростью, в пять тысяч раз превышающий естественный ход эволюции. Отрицательное воздействие может быть прямым (вырубка лесов, пожары, изменения естественных фитоценозов при создании хозяйственной инфраструктуры, туризм) и косвенным (изменение условий среды за счет антропогенного загрязнения био­сферы). Наибольшее значение в природе и жизни человека имеют леса. Для нашей страны эта проблема особенно актуальна. В России об- 110 Основы экологии и охраны природы щая площадь лесов составляет 763,5 млн га – пятая часть всех мировых лесных ресурсов. Лесы выполняют следующие функции: – являются основными поставщиками кислорода в атмосфере; – влияют на водный режим занятых ими и прилегающих к ним территорий; – смягчают воздействие засух и суховеев, сдерживают подвижные пески; – смягчают климат, способствуют повышению урожаев сельхозкультур; – поглощают и обезвреживают часть атмосферных химических загрязнений; – защищают почвы от водной и ветровой эрозии, селей, оползней, разрушения берегов и других неблагоприятных геологических процессов; – создают нормальные санитарно-гигиенические условия, благотворно влияют на психику человека, имеют огромное рекреационное значение. Деградация лесов началась с момента освоения человеком земледелия и скотоводства и продолжается по сей день нарастающими темпами. Хозяйственная деятельность человека заключается в вырубке лесов, лесных пожарах, уничтожении лесов при создании хозяйственной инфраструктуры, негативных влияний туризма. Леса, как и другие растительные сообщества, испытывают влияние от загрязнения человеком атмосферы, литосферы и гидросферы. Опасность угрожает и тропическим лесам, напомним, что именно эти тропические дождевые леса являются основными поставщиками кислорода в атмосферу. Они активно участвуют в поддержании климата на планете и являются хранилищем генетического разнообразия многих видов. Площади лесов во всем мире сокращаются по разным причинам. Прежде всего, это лесные пожары, которые чаще всего случаются по вине человека. Причиной являются костры, поджигание тополиного пуха и прошлогодней травы. Эффективным средством борьбы является своевременная санитарная вырубка и профилактическая работа среди населения. В пожароопасный период леса закрывают для посещения. Уничтожение лесов, прежде всего, влечет за собой изменения в литосфере. Могут возникать глубокие овраги, оползни и эрозийные Тема № 12. Основные типы антропогенных воздействий... 111 процессы. Большие площади лесов испаряют в атмосферу большое количество воды, создавая определенный микроклимат. Уничтожение лесов влечет за собой изменение гидрологического режима этих районов и исчезновение многих видов растений и животных. Поэтому уничтожение лесов на большой площади неминуемо ведет к опустыниванию территории, заселению ее новыми видами растений и животных, в частности, насекомых, что может быть чревато вспышками инфекционных заболеваний. Одним из примеров этого процесса можно назвать тот факт, что самым эффективным средством борьбы с малярией на Кавказе длительное время было высаживание эвкалиптов. Корневая система этих деревьев осушала почву и ликвидировала болота – место обитания личинок малярийных комаров. Негативным последствием уменьшения содержания кислорода в атмосфере является изменение альбедо земной поверхности (альбедо – величина, показывающая долю солнечной энергии, которую способна отразить земная поверхность). Загрязнения воздуха токсичными веществами, такими как оксид углерода, альдегиды, соединения свинца, автомобильные выхлопные газы, приводят к изменению размера листовых пластинок большинства растений, уменьшают продолжительность их жизни, содержание хлорофилла сокращается в полтора-два раза. Негативное воздействие антропогенного фактора касается и животного мира. Животный мир – важный компонент естественной биологической системы и в то же время ценный биологический ресурс. Хотя биомасса животных на порядок меньше биомассы растений, участие животных в круговороте веществ – главная экологическая функция животных. Все животные образуют генетический фонд планеты. Причины сокращения биологического разнообразия животного мира следующие: – нарушение среды обитания видов (распашка земель, вырубка лесов и др.); – чрезмерное добывание, промысел в запрещенных зонах (охота); – интродукция чужих видов (новые виды, не испытывая конкуренции, подавляют коренные виды); 112 Основы экологии и охраны природы – п рямое уничтожение с целью защиты продукции (применение инсектицидов, защита от грызунов, угрожающих сельскохозяйственной продукции); – случайное уничтожение (гибель животных на дорогах, при строительстве плотин и шлюзов, на линиях электропередач и др.); – загрязнение среды обитания (нефтепродуктами и др.). Негативные воздействия на биосферу заключаются в загрязнении окружающей среды: отходами, шумовым воздействием (при превышении порога 90 дБА в органах слуха начинаются изменения), воздействием электромагнитных полей, биологическим загрязнением. О последнем виде воздействия нужно сказать поподробнее. Прежде всего, это микробиологическое загрязнение, опасное вспышками опасных инфекционных болезней, таких как чума свиней, бешенство коров, птичий грипп, клещевого энцефалит, геморрагическая лихорадка грызунов и др. Распространению данных заболеваний способствуют такие факторы, как перенос генетической информации от домашних видов к диким, а также непредсказуемые последствия генетических экспериментов и экспериментов в области интродукции растений и животных. Особыми видами негативного воздействия на биосферу являются военные действия, особенно с применением ядерного и химического оружия, а также техногенные экологические катастрофы, количество которых увеличивается с каждым годом. Однако львиная доля негативного воздействия на биосферу происходит за счет загрязнения твердыми, жидкими и газообразными отходами. Эти отходы бывают бытовые и промышленные. Существуют также особая группа – опасные отходы. Особую опасность представляют радио­активные отходы. Иногда катастрофы бывают природного происхождения, они называются стихийными бедствиями. К ним относятся землетрясения, наводнения, извержения вулканов, а также оползни, сели, обвалы и др. явления, чреватые изменением микроклимата, а также большими людскими жертвами и разрушениями. Изучение возможных способов защиты от негативного антропогенного воздействия также целесообразно рассматривать по разделам: защита атмосферы, гидросферы и литосферы, а так- Тема № 12. Основные типы антропогенных воздействий... 113 же защита биотических сообществ. Чтобы эффективно проводить защиту, необходимо изучить воздействие на природу. Удобнее всего использовать в качестве объектов для изучения – растительные объекты, т.к. они ведут прикрепленный образ жизни и испытывают на себе все типы негативного воздействия окружающей среды. Для этого изучают морфологические признаки отдельных органов растений, например, листьев деревьев из неблагополучных районов, сравнивая их с листьями из экологически чистых районов. Важно проводить адекватные сравнения, используя для сравнения листья с деревьев одинакового возраста и одинокого уровня кроны. Это связано с тем обстоятельством, что листья у растений одного вида могут меняться с течением времени и год от года. Возможно, целесообразно также изучать и характер популяций растений в целом, учитывая их численность и жизненность. Изучают влияние на аппарат наследственности организмов. Для этого проводят исследование меристем (делящихся тканей) у различных растений с целью оценки степени нарушения процесса деления. При специальном окрашивании можно обнаружить в делящихся клетках перемычки между делящимися надвое хромосомами. Они называются «мосты». Это свидетельствует об отклонениях в процессе деления – слипании хромосом, нерасхождении пары хромосом и др. Наличие «мостов» в клетках свидетельствует о негативном воздействии токсикантов на окружающую среду. В таких анализах используют обычно сорные растения, которые встречаются повсеместно и явно свидетельствуют о загрязнении. Подобные изменения можно видеть и в клетках животных организмов. Известный факт, что характерным признаком чистоты воздуха являются обильно произрастающие лишайники. В целях детализации исследования качества окружающей среды существует методика подсчета диаметра лишайников, и их количества на единицу площади в экосистемах. Все сказанное выше является частью экологической фитоиндикации. Другими словами, уровень загрязнений можно отслеживать не только проводя замеры содержания отдельных токсикантов в биосфере, но и наблюдая за наиболее чувствительными к неблагоприятным воздействиям объектами природы. Это является косвенным подтверждением привносимых антро­ погенных загрязнений. 1 72 114 1 2—3 — те 1 фрагментами Основы экологии и охраны природы 2 1 3 2 3 2 О 1 — нормальн 2—3 2 — те фрагментами Обозначения: 1 — нормальная телофаза; 2—3 — телофазы с мостами и фрагментами хромосом. 3 Рис. 3. Повреждения хромосом, вызываемые ионизирующей радиацией и химическими мутагенами. Рис. 3. Повреждения хромосом, вызываемые ио Рис. 3. Повреждения хромос ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ имическими мутагенами. химическими мутагенами. 1. Укажите наиболее опасные3газообразные загрязняющие ат- Примерное тестовое задани Примерн мосферу вещества: 1) Диоксид серы 2) Кислоты Укажите наиболее 3) Уран опасные газообразные загрязняющие атм 1. Укажите наиболее опасные газообразн азота Рис. 3.4) Окислы Повреждения хромосом, вызываемые ио 5) Пыль 1) Диоксид серы имическими мутагенами. 6) Сажа 1) Диоксид серы 2) Кислоты 2)Примерное Кислоты 2. Укажите пагубные последствия уничтожения лесных масситестовое задани 3) Уран вов на биосферу: 3) Уран 4) Окислы азотаконцентрации кислорода в атмосфере 1) Снижение 4) газообразные Окислы азотазагрязняющие атм 2) Прекращение фотосинтеза Укажите наиболее опасные 5) Пыль 3) Воздействие коротковолнового ПыльУФ-излучения 6) Сажа4) Таяние ледников и5) повышение уровня Мирового океана Сажа заболеваний 5) Увеличение 1) Диоксид серы уровня6)онкологических 2) Кислоты Укажите пагубные последствия уничтожения лесных масси 2. Укажите пагубные последствия уничт 3) Уран 4) Снижение Окислы азота 1) концентрации кислорода в атмосфере 1) Снижение концентрации кисло 5) Пыль Тема № 12. Основные типы антропогенных воздействий... 115 3. Укажите пагубные последствия загрязнения атмосферы. 1) «Парниковый эффект» 2) Истощение недр 3) Размножение болезнетворных микроорганизмов 4) Уменьшение численности зоо- и фитопланктона 5) Истощение озонового слоя 6) Эрозия почв 7) Исчезновение лесных массивов 4. Выберите тип экосистем (по Ю. Одуму) для следующих биомов: А. Высокогорные леса Б. Эустарии в приливных зонах 1) Природные экосистемы, движимые Солнцем и несубсидируемые 2) Природные экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые другими естественными источниками 3) Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком (агроэкосистемы, аквакультуры). Дополнительная энергия поставляется в них человеком в виде горючего, органических и минеральных веществ и др. 4) Индустриально-городские экосистемы, движимые топливом (города, промышленные комплексы). Основным источником энергии служит не Солнце, а топливо. Зависят от экосистем трех первых типов 5. Назовите эффективные меры по борьбе с малярией: 1) Осушение заболоченных территорий 2) Санитарная вырубка в лесах 3) Создание эффективных препаратов от малярии Правильные ответы: 1-1, 4; 2-1; 3-1, 5; 1 – А-1, Б-2; 5-1 Тема № 13 ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА БИОСФЕРЫ 1. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ Вредное воздействие, которое оказывает антропогенный фактор на биосферу, может оказывать самое различное действие. Однако судить о качестве окружающей среды, ориентируясь лишь на субъективные ощущения человека, невозможно. Поэтому степень негативного воздействия напрямую связана с концентрацией вредных веществ в биосфере. Это можно оценить с помощью соответствующих методов анализа. Для всех вредных веществ и типов негативного воздействия в настоящее время имеются определенные нормативы, определяющие пороговые концентрации. Качество окружающей среды напрямую связано с уровнем содержания в биосфере вредных действующих веществ и степени негативного воздействия. Различают следующие виды показателей: Предельно допустимая концентрация (ПДК) – представляет собой количество загрязнителей в почве, воздушной среде или водной среде, которое при постоянном воздействии или временном на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. Различают ПДК Рабочей зоны, Максимальная разовую и Среднесуточную. Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы 117 2. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ Для защиты атмосферы от загрязнения вредными веществами используют следующие меры: – экологизацию технологических процессов; – очистку газовых выбросов от вредных примесей; – рассеивание газовых выбросов в атмосфере; – устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочных решений и др. Наиболее эффективная мера защиты экологического бассейна – создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Все эти меры можно назвать экологизацией технологических процессов. Как известно, особенно большое количество загрязняющих веществ попадает в атмосферу с транспортом. В настоящее время ведется поиск более экологичного топлива, чем бензин. Параллельно ведутся разработки всевозможных фильтров для очистки токсичных выбросов, попадающих в атмосферу. Очистка предусматривает как устранение твердых частиц, так и поглощение токсичных газообразных веществ. Рассеивание газовых примесей в атмосфере – это снижение опасных концентраций до уровня соответствующего ПДК. Осуществляется с помощью высоких труб. Чем выше труба, рассевающая дымовые газы, тем эффективнее процесс рассеивания. Однако это не спасает окружающую среду от выпадения кислотных дождей. Санитарно-защитная зона – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина этих зон колеблется от 50 до 1000 м и напрямую зависит от класса производства, степени вредности и количества попадающих в атмосферу веществ. По существующему законодательству граждане, проживающие в этой зоне, могут требовать переселения за счет предприятия в экологически чистые районы. Архитектурно-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с уче- 118 Основы экологии и охраны природы том направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами и др. Следует отметить, что законом предусматриваются меры по охране озонового слоя: организация наблюдений за изменением озонового слоя, соблюдение всех нормативов по вредным выбросам, воздействующих на озоновый слой, регулирование производств и процессов с использованием химических веществ, разрушающих озоновый слой. 3. ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ Для предупреждения попадания в поверхностные воды различных отходов и сточных вод, принимают следующие экозащитные мероприятия: – развитие безотходных и безводных технологий и 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; – обустройство раздельной бытовой и промышленной канализации. Наиболее важной задачей является разработка эффективных способов очистки сточных вод. Современные условия позволяют создать оборотное водоснабжение. Для этого создается замкнутый цикл с использованием сточных вод. При этом вода все время находится в обороте и поверхностные воды не загрязняются сточными. Способы очистки сточных вод на сегодняшний день различны: механический, физико-химический, биологический и термический. Обычно при очистке комбинируют несколько способов, при этом также проводится обеззараживание вод. При механической очистке путем процеживания из промышленных стоков удается удалить до 90% всех механических примесей, таких как песок, глинистые частицы, окалина и др. Этот же способ позволяет избавиться от 60% механических примесей из бытовых стоков. Среди химических способов очистки различают нейтрализа- Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы 119 цию, окисление, озонирование и хлорирование. Физико-химическая очистка позволяет избавиться от тонкодисперсных взвешенных частиц. Метод биологический основан на способности микроорганизмов использовать для своего питания многие органические и неорганические соединения из сточных вод (сероводород, аммиак, нитриты и др.). К термическим методам прибегают при очистке промышленных стоков, содержащих главным образом, высокотоксичные органические вещества. При всех методах очистки важным является переработка и утилизация шламов (шлам – от нем. «Schlamm» – «грязь» – отходы продукта, получаемые в виде осадка при промывке какого либо рудного материала составляющие пылевые и мелочные его части; это отходы различных веществ и продуктов, образующиеся в виде нерастворимых осадочных отложений,), которые вывозят на специальные полигоны и сжигают в специальных печах. Одним из способов уменьшения загрязнения поверхностных вод является закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты через систему поглощающих скважин (подземное захоронение). На любом водном объекте создаются водоохранные зоны, ширина которых колеблется от 0,1 до 1,5-2,0 км, включая пойму реки, террасы и береговой склон. Их назначение – предотвратить загрязнение, засорение и истощение водного объекта. Основные мероприятия по защите подземных вод заключаются в предотвращении истощения их запасов и защите их от загрязнения. Для этого регулируют режим водозабора подземных вод и их рациональное использование. Меры борьбы с загрязнением подразделяются на профилактические и специальные. Профилактические меры призваны не допускать загрязнения. Задачей специальных мер является устранение и ликвидация очага загрязнения. Они направлены на изоляцию источников загрязнения от остальной части водного горизонта и перехват загрязнения с помощью дренажа. Современное законодательство запрещает ввод в эксплуатацию предприятий, не обеспеченных водоочистными устройствами. 4. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ РАСТЕНИЙ Способ очистки сточных вод с помощью растений очень распространен в современном мире, особенно в западных странах. 120 Основы экологии и охраны природы Как известно растения, в том числе водные, обладают способностью накапливать в себе определенные компоненты окружающей среды. Это позволяет, с одной стороны, проводить экологический мониторинг воды, исследуя части растений, произрастающие в воде, подвергающейся промышленным сбросам. Данная необходимость связана с тем, что концентрация отдельных элементов в воде может быть настолько низка (свинец, кадмий), что не определяется в воде непосредственно. Исследуя части растений (элодея канадская – Elodea canadensis Michx.), аккумулирующие в себе эти микроэлементы, можно судить о содержании их в воде. С другой стороны, данное свойство растений позволяет использовать их в качестве своеобразных живых фильтров. Другими словами, некоторые загрязняющие воду вещества, содержащиеся в повышенной концентрации, усваиваются растениями в качестве элементов питания. Как показали исследования, наиболее перспективными являются для этой цели именно водные высшие растения. В данном качестве широко используют плавающие растения, все части которых полностью погружены в воду. К ним относятся элодея канадская (Elodea canadensis Michx.), водяной гиацинт (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms), виды наяды, валлиснерии. Кроме того, используются растения, растущие по берегам водоемов (прикрепленные корнями к грунту), такие как камыш озерный (Schoenoplectus lacustris (L.) Palla), рогоз широколистный (Typha latifolia L.), различные осоки, аир болотный (Acorus calamus L.), ирис аировидный (Iris pseudacorus L.) и др. Искусственные водоемы на предприятиях заполняют промышленными стоками, прошедшими четыре основные стадии очистки. С помощью растений осуществляется доочистка воды, после чего такие стоки становятся неопасны для окружающей среды и их можно сбрасывать в реки или использовать повторно. Такие очистные сооружения могут быть полезны на предприятиях нефтедобывающей промышленности и различных химических производствах, а также для очистки бытовых стоков. Например, это касается очистки сточных вод, содержащих повышенные количества солей фосфора и азота – эти биогенные элементы, необходимые растениям. Как известно, эвтрофные водоемы быстро зарастают рогозом, камышом и другими растениями. Такими водоемами в природе являются низинные болота, богатые питательными веществами, при этом там Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы 121 достаточно увлажненные. Именно на таких местах возникают фитоценозы, богатые растительностью. Следует отметить, что растения не только поглощают биогенные элементы из воды, но и выделяют кислород, необходимый всем водным обитателям. Данный метод давно и широко используется за рубежом. В нашей стране используется редко (в Самарской области на Куйбышевском нефтеперерабатывающем заводе), практически только в качестве эксперимента. Препятствиями для его широкого распространения являются следующие причины: 1) большинство видов растений, применяемых для использования в качестве фильтров не являются типичными для нашей страны и могут расти только в условиях закрытого грунта; 2) относительная дороговизна метода; 3) отсутствие специальных методик оценки качества для данного метода в нашей стране. В настоящее время ведется активный поиск растений, которые возможно использовать в подобных условиях, типичных для нашей климатической зоны. Причем, как известно, одно присутствие растения в искусственном водоеме не является свидетельством эффективной очистки сточных вод. Растение должно находиться в самых благоприятных для его жизни условиях. В зеленых частях должен осуществляться процесс фотосинтеза, чтобы при этом на процессы жизнедеятельности расходовались жизненно необходимые вещества, которые он потребляет из окружающей среды. Растения, растущие полностью погруженными в воду, осуществляют очистку воды эффективнее, чем растения, части которых выступают из воды. Кроме того, плавающие растения можно использовать в более широких условиях, если не дать водоему замерзнуть, а вода, как известно, замерзает медленнее. Иногда даже под коркой льда существуют условия для роста плавающих растений (рдест, валлиснерия). В то же время, надземные части большинства растений отмирают при наступлении неблагоприятных условий и эффективность очистки снижается. В настоящее время усилия многих научных исследований направлены на поиск растений, осуществляющих эффективную очистку сточных вод. Кроме того, ведется исследование условий для эффективной фитоочистки. Так, большое значение имеет содержание растений в воде. Количество фитомассы определяется по массе в 1 литре воды. В некоторых случаях успеха можно добиться 122 Основы экологии и охраны природы при применении одного вида растений, в других случаях, совмещая несколько растений. Кроме того, совершенно очевидно, что любые растения, взятые непосредственно из природного водоема, и помещенные в искусственные водоемы для очистки сточных вод, должны некоторое время адаптироваться к новым условиям. Лишь по истечении какого-то времени (оно также разное у разных растений) они будут эффективно очищать воду. 5. ЗАЩИТА ЛИТОСФЕРЫ Защита почв от процессов деградации и необоснованных потерь – наиболее острая проблема современной экологии. Основными мероприятиями по защите почв являются: – защита почв от водной и ветровой эрозии; – организация севооборотов и системы обработки почв; – мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением почв); – рекультивация нарушенного почвенного покрова; – защита почв от загрязнения, а полезной флоры и фауны от уничтожения; – предотвращение необоснованного изъятия земель из сельхозоборота. Для борьбы с эрозией почв необходим комплекс мер, включающий в себя агротехнические, землеустроительные, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия. При этом гидротехнические мероприятия вступают в действие сразу же после их создания, агротехнические – через несколько лет, а лесомелиоративные лишь спустя 10-20 лет. Мерами, предупреждающими вторичное засоление почв, являются дренаж, регулировка подачи воды, гидроизоляция оросительных каналов и т.д. Предотвратить загрязнение почвы пестицидами можно, применяя экологические меры защиты. При проведении строительных и других работ, нарушающих целостность почвы, целесообразно сохранение и возврат почвенного слоя. Для этого почвенный слой аккуратно снимается, вывозится и хранится в спе­ циальных отвалах, затем возвращается на место. Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы 123 Недра подлежат охране от истощения запасов полезных ископаемых и загрязнения. Согласно современному законодательству для предотвращения экологического вреда недрам необходимо: – наиболее полно извлекать из недр и рационально использовать запасы основных полезных ископаемых и попутных компонентов; – не допускать вредное влияние горных работ на сохранность запасов полезных ископаемых; – охранять месторождения от затопления, обводнения, пожаров и др.; – предотвращать загрязнение недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ, захоронении вредных веществ и отходов производства. Наиболее значимым является принцип наиболее полного извлечения из недр основных и полезных ископаемых. Сюда можно отнести и комплексное использование минерального сырья. Немаловажным мероприятием является утилизация отходов. Современные технологии позволяют использовать жидкие отходы для водоснабжения и орошения, а газообразные – для отопления и газоснабжения. 6. ЗАЩИТА БИОТИЧЕСКИХ СООБЩЕСТВ Для сохранности численности и популяционно-видового состава биотических сообществ существует 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. Огромный ущерб приносят лесам пожары. Работу следует начинать с профилактических мер, так как причиной чаще всего становится человеческий фактор. Охрана эксплуатации охотничьих животных и промысловых рыб осуществляется на основе принципов научного управления популяциями. Такой способ хозяйствова- 124 Основы экологии и охраны природы ния наиболее эффективен и позволяет сохранить видовое разнообразие и генофонд. Эти меры предупреждают истребление диких животных. Избыточное внесение минеральных удобрений приводит к повышенному накоплению их в растениях, которые являются пищей для человека. Различные растения по разному накапливают нитраты. Наибольшее количество нитратов отмечается в капусте и бахчевых культурах. Кроме того, разные части одного и того же растения также отличаются по содержанию нитратов. Так, в средней части плода нитратов меньше, чем в наружной части. Отравление нитратами является смертельной опасностью для человека и животных. В последние годы все чаще говорится о необходимости определения нитратов и пестицидов в лекарственном растительном сырье. 7. М ЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ С ЦЕЛЬЮ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Главной задачей инженерной защиты окружающей среды является переработка и утилизация отходов производства. Наибольшее распространение получили следующие методы переработки промышленных и твердых бытовых отходов: – строительство полигонов для захоронения и частичной переработки; – сжигание отходов на мусоросжигающих заводах; – компостирование (с целью получения удобрения); – ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков и отходов растениеводства); – предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов; – пиролиз (нагрев без кислорода). Современное производство характеризуется огромным количеством отходов, поэтому наиважнейшей задачей является строение полигонов. Полигоны являются природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений. На них отходы Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы 125 накапливаются и обезвреживаются. Полигон в отличие от свалки представляет собой охраняемую территорию, на которой находятся площадки для захоронения отходов и заводы по сжиганию и обезвреживанию различных отходов. В настоящее время существуют эффективные способы извлечения некоторых полезных компонентов (например, цветных металлов) из отходов. Эта работа также должна выполняться в цехах на заводах при полигоне. Полигон должен иметь собственный гараж и специализированную автотехнику для вывоза отходов. Вся поверхность земли полигонов защищена специальной гидроизоляцией с целью не допустить попадания вредных веществ в воду. Устройство и работа полигонов регламентирует СНиП 2.01.28-85. Полигоны не всегда предназначены для приема всех видов отходов. Существуют специализированные полигоны для размещения только какого-то одного вида отходов. Вообще для осуществления любой деятельности полигон должен получить лицензию на переработку и захоронение какого-то вида отходов. Прием отходов на полигон осуществляется только по заключению экспертизы экологической комиссии. Вывоз отходов оформляется специальными документами. В отсутствии таких специально оборудованных полигонов мусор вывозится на свалки. Здесь отходы разлагаются, вредные вещества попадают в атмосферу, воду, почву, нанося ущерб окружающей среде. Это совершенно недопустимо и такие действия уголовно наказуемы. Методом компостирования утилизируют бытовые отходы, в основном пищевые. Компостирование может осуществляться как в открытых штабелях, так и на специальных мусороперерабатывающих заводах. Сжигание отходов проводится на мусоросжигающих заводах, но для РФ он мало распространено, так как для этого требуется предварительная сортировка мусора, которая также редко проводится. Наиболее экологичным является метод пиролиза, позволяющий утилизировать практически полностью все отходы. Однако этот метод очень трудоемкий и дорогой. Наиболее остро сейчас стоит вопрос о захоронении радиоактивных и диоксинсодержащих отходов, несмотря на то, что постоянно внедряются новые ресурсовозобнавляющие технологии. Существует мнение, что любые отходы могут быть повторно использованы. Поэтому потенциальная опасность ввоза на территорию 126 Основы экологии и охраны природы РФ ядерных отходов из-за рубежа может быть успешно разрешена путем поиска рациональных способов извлечения полезных компонентов и их повторного использования. 8. ЗАЩИТА ОТ БИОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Комплекс противоэпидемической защиты предупреждает негативное воздействие биологического фактора на население. В число мер входит санитарная охранная территория. Постоянное наблюдение (Госсанэпиднадзор) за циркуляцией вирусов и очагами особо опасных инфекций (клещевого энцефалита, бешенства и других зоонозов). Антропогенные факторы могут косвенно оказать негативное воздействие на бесконтрольное размножение некоторых животных, наносящих непоправимый вред биотическим сообществам (саранча). Необходимо также прогнозирование возможных последствий интродукции и акклиматизации некоторых видов животных и растений на новых территориях. Осуществляется также таможенный контроль с целью не допустить попадание на различные территории некоторых видов животных (опасные вредители) и растений (гелиотроп), представляющих собой опасность для сообществ и человека. Необходимы профилактические меры по предотвращению генетического загрязнения редких и исчезающих видов, а также бесконтрольному распространению генетически измененных видов. Последние виды в природе не существуют и до сих пор до конца не выяснена их польза и вред. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите возможные способы инженерной защиты гидро­ сферы: 1) Очистка промышленных сточных вод 2) Рассеивание газовых примесей в атмосфере 3) Борьба с лесными пожарами 4) Организация севооборотов 5) Создание санитарно-защитных зон промышленных предприятий 6) Мелиоративные мероприятия Тема № 13. Инженерная экологическая защита биосферы 127 7) Закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты 8) Охрана отдельных видов представителей флоры и фауны 2. Укажите возможные способы инженерной защиты биотических сообществ: 1) Очистка промышленных сточных вод 2) Рассеивание газовых примесей в атмосфере 3) Борьба с лесными пожарами 4) Организация севооборотов 5) Создание санитарно-защитных зон промышленных предприятий. 6) Мелиоративные мероприятия 7) Закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты 8) Охрана отдельных видов представителей флоры и фауны 3. Укажите оптимальные способы утилизации твердых бытовых отходов: 1) Размещение на неспециализированных свалках 2) Компостирование 3) Размещение на незаселенных территориях 4) Пиролиз 4. Укажите оптимальный способ утилизации опасных промышленных отходов: 1) Размещение на специализированных полигонах 2) Размещение на свалках 3) Сжигание 4) Ферментация 5) Пиролиз Правильные ответы: 1-1,7; 2-3,8; 3-2,4; 4-1 Тема № 14 СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 1. СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Экологический контроль – проверка соблюдений предприятиями и гражданами экологических требований по охране окружающей природной среды и обеспечению экологической безопасности. Система экологического контроля располагает разными формами контроля: информационным, предупредительным и карательным. Сами предприятия также проводят постоянный экологический контроль силами собственной экологической службы, которая существует на любом предприятии. Государственные инспекторы экологического контроля имеют право принимать решения об ограничении и запрещении хозяйственной деятельности юридических и физических лиц при нарушении экологического законодательства, а также привлекать к административной ответственности лиц, допустивших нарушения экологического законодательства. Основанием для этого могут служить данные, полученные по результатам Государственной экологической экспертизы. Существует также общественный контроль, роль которого возрастает с каждым годом. Существует также экологический аудит (экоаудит) – независимая экспертиза, осуществляющая комплексную проверку соответствия деятельности предприятия природоохранным нормам и Тема № 14. Система мониторинга окружающей среды 129 правилам, и оценку эффективности существующей системы управления охраной природной среды с подготовкой рекомендаций. Он осуществляется по инициативе самих предприятий на коммерческой основе. Документом, подтверждающим соответствие объекта природоохранным требованиям является экологический сертификат. Основные положения экологического законодательства России заключены в государственных стандартах (ГОСТ), нормативно-технических документах, устанавливающих комплекс норм, правил, требований, обязательных для исполнения. Основной нормативно-технический документ, содержащий данные об использовании предприятием природных ресурсов и его техногенном воздействии на окружающую природную среду называется экологический паспорт предприятия. Он содержит следующие данные: сведения о размещении и производственной структуре предприятия, информацию об используемых ресурсах, количественные характеристики выпускаемой продукции, сведения о выбросах в атмосферу, а также сбросах в водоемы и использовании отходов по отдельным производствам, сведения о состоянии очистных сооружений и др. Такой экологический паспорт должно иметь каждое предприятие, при его отсутствии оно лишается права на хозяйственную деятельность. Несмотря на все существующие нормативы, всегда существует определенная вероятность неблагоприятных последствий для окружающей среды. Это связано с режимом аварийности, который может произойти не только вследствие нарушений, но и природных катаклизмов. Оценка ущерба при возможных негативных изменений в окружающей среде осуществляется при оценке экологического риска. На сегодняшний день экологически неблагополучные районы получили название зон повышенного экологического риска. В России к таким территориям относятся районы Северного Прикаспия, Байкала, Кольского полуострова, рекреационные зоны Черного и Азовского морей, промзона Урала, нефтепромысловые районы Западной Сибири и др. Зонами экологического бедствия считаются зона влияния аварии на Чернобыльской АЭС, Кузбасс, степные районы Калмыкии. На территории экологически неблагоприятных территориях в настоящее время проживает свыше 35 млн человек. Люди, проживающие в этих районах, должны получать соответствующую медицинскую помощь и денежные компенсации за вредные условия. 130 Основы экологии и охраны природы На территории РФ постоянно осуществляется комплексная система мер наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды – экологический мониторинг. За несоблюдение закона об охране окружающей среды законодательство предусматривает ответственность физических и юридических лиц. Виновные в экологических преступлениях подлежат административной и уголовной ответственности за нанесенный природе ущерб. Под экологическим мониторингом (от лат. «monitor» – «монитор» – напоминающий, надзирающий) понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Основной принцип мониторинга – непрерывное слежение за состоянием окружающей среды. 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. Кроме того, 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, природно-хозяйственный и глобальный (биосферный, фоновый). 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 – радионуклиды и тяжелые металлы в поверхностных водах. Система наземного мониторинга окружающей среды по И.П. Герасимову (советский ученый, доктор географических наук, член-корреспондент Академии наук СССР по специальности «География и почвоведение») Тема № 14. Система мониторинга окружающей среды 131 Таблица 3 Система наземного мониторинга окружающей среды (по И.П. Герасимову) Ступени мониторинга Локальный (санитарногигиенический, биоэкологический) Региональный (геосистемный, природнохозяйственный) Объекты мониторинга Приземный слой воздуха Поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки и различные выбросы Радиоактивные излучения Исчезающие виды растений и животных Природные экосистемы Агроэкосистемы Лесные экосистемы Глобальный (биосферный, фоновый) Атмосфера Гидросфера Растительный и почвенный покровы, животные Характеризуемые показатели ПДК токсических веществ Физические и биологические раздражители (шумы, аллергены и др.) Предельная степень радиоизлучения Популяционное состояние видов Их структура при нарушении Урожайность сельскохозяйственных культур Продуктивность насаждений Радиационный баланс, тепловой перегрев, состав и запыление Загрязнение рек и водоемов; водные бассейны, круговорот воды на континентах Глобальные характеристики состояния почв, растительного покрова и животных. Глобальные круговороты и баланс углекислого газа, кислорода и других веществ Как видно из таблицы 3, экологический мониторинг представляет собой комплексную систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды. 132 Основы экологии и охраны природы Целями мониторинга являются: 1) наблюдения за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими и биологическими процессами; 2) наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов и последствиями его влияния на растительный и животный мир; 3) обеспечение организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей природной среде; 4) предупреждение неблагоприятных изменений и прогнозирование состояния окружающей природной среды. Методика наблюдений и частота отбора проб могут различаться в зависимости от целей. Однако все исследования проводятся в соответствии с нормативными документами, регламентирующими тот или иной анализ. Пункты экологических наблюдений (передвижные и стационарные посты) располагаются 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 промышленноэнергетических 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. На 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. Проводится оценка возможности использования ресурсов природных экосистем в конкретных видах деятельности, анализируют также характер и количественные показатели антропогенных воздействий на окружающую природную среду в этих регионах. Например, ведут контроль за популяционным состоянием Тема № 14. Система мониторинга окружающей среды 133 исчезающих видов животных в пределах какого-либо региона, и т. д. Обеспечить наблюдение, контроль и прогноз возможных изменений в биосфере в целом — задача глобального мониторинга. Для целей мониторинга (непрерывного слежения за состоянием окружающей среды) в настоящее время активно внедряют методики биотестирования. Это способ проверки выживания живых организмов в исследуемых образцах жидкости. Живые объекты подвергаются негативному воздействию факторов окружающей среды и у них наблюдаются определенные признаки, свидетельствующие о неблагополучии. Изучение этих признаков свидетельствует о нарушениях природоохранного законодательства. Это обстоятельство связано, прежде всего, с тем, что любые результаты анализа состояния воздуха, воды и почвы могут проводиться с нарушениями, и давать неверные результаты, указывающие на допустимые рамки загрязнений. Изменение численности видов живых организмов и повреждения, характерные для воздействия вредных веществ говорят об обратном. Следует отметить, что анализ воздуха, воды и почвы проводится постоянно. Однако иногда результаты свидетельствуют неполной объективности состояния окружающей среды. Это может быть связано с необъективными методиками анализа, так и с неправильным отбором проб для анализа. Следует отметить, что все методики, применяемые для мониторинга окружающей среды, регламентирующие правильность отбора проб для анализа утверждаются на государственном уровне и должны строго выполняться. Для всех методик существуют специальные нормативные документы – ГОСТы. В них четко записано как осуществлять анализ, какие использовать при этом реактивы, как обрабатывать результаты и др. В настоящее время ведется активный поиск новых, эффективных, быстрых по времени анализа и нетрудоемких по исполнению методик анализа состояния окружающей среды. Активный научный поиск осуществляется и в случае поиска новых тест-объектов для биоиндикации. В настоящее время для биоиндикации окружающей среды используют разные виды живых организмов в зависимости от вида исследования. Так, для определения токсичности природных пресных вод и донных отложений сточных вод, отработанных буровых растворов и загрязняющих веществ, рекомендуется применять 134 Основы экологии и охраны природы «Методику биотестирования по снижению уровня биолюминесценции бактерий Photobacterium phosphoreum (Cohn) Ford»; «Методику биотестирования по снижению прироста количества инфузорий Tetrahymena pyriformis (Ehrenberg) Schewiakoft»; «Методику биотестирования по угнетению роста пресноводных водорослей Scenedesmus quadricauda (Тurp) Breb»; «Методику биотестирования по гибели ракообразных Daphnia magna Straus»; «Методику биотестирования по гибели ракообразных Ceriodaphnia affinis Lilljeborg»; «Методику биотестирования по выживаемости и плодовитости ракообразных Ceriodaphnia affinis Lilljeborg»; «Методику биотестирования по гибели рыб Poecillia reticulata Peters». Для определения токсичности морских вод и донных отложений, сточных вод разной степени солености и отработанных буровых растворов, сбрасываемых в морские воды, рекомендуется использовать «Методику биотестирования по угнетению роста одноклеточных морских водорослей Phaeodactylum tricornutum Bohlin»; «Методику биотестирования по гибели ракообразных Artemia salina L.»; «Методику биотестирования по гибели рыб Poecillia reticulata Peters»; «Методику биотестирования по снижению уровня биолюминесценции бактерий Photobacterium phosphoreum (Cohn) Ford». Кроме того, среди рекомендуемых тест-объектов встречаются: – бактерии – общее количество бактерий (ОБК), удельная активность (УА) бактерии (по величине темновой ассимиляции СО2), численность сапрофитных, гетеротрофных и специфических (например нефтеокисляющих, фенолооксиляющих и т.д.) микроорганизмов; – водоросли Scenedesmus quadricauda (Turp) Breb, Cyanophytae (для оценки эвтрофирующего эффекта); – макрофиты – Elodea canadensis Rich, Lemna minor Linne, Vallisneria spiralis Linne; – простейшие – Paramecium caudatum Ehrcnberg; – м оллюски – Limnaea stagnalis Linne, Limnaea fragilis Linne, Planorbarius purpura Muller, Anisus albus Muller, Physa fontalis Linne.; – черви – Limnodrilus hoffmeisteri Claparede, Limnodrilus udekemianus Claparede, Tubifex tubifex O.F. Muller; – личинки насекомых – Chironomus dorsalis Meigen, Ch. plumosus Linne, Ch. thummi Kieffer, Ch. riparins Meigen; Тема № 14. Система мониторинга окружающей среды 135 – б ентосоядные рыбы – эмбрионы и личинки осетровых Acipenser baeri Brandt (осетр), Acipenser ruthenus marsilii Brandt (стерлядь); карповых, аквариумных; личинки сиговых (род Coregonus); личинки и сеголетки карповых – Cyprinus carpio Linnaeus; взрослые – аквариумные – Brachydanio rerio, сомики; – л ишайники Scoliciosporum chlorococcum (Stenh.) Vezda, Parmelia sulcata Tayl., Hypogymnia hysodes (L.) Nyl., Cladonia fimbriata (L.) Fr. 2. Б ИОТЕСТИРОВАНИЕ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Как уже отмечалось ранее, оценку степени очисти сточных вод проводят различными способами, среди них, прежде всего, следует отметить химические и физико-химические методы. Перспективными методами в настоящее время являются методики биотестирования. Это способ проверки выживаемости живых организмов в исследуемых образцах жидкости. Для этих целей чаще всего используют простейших инфузорий (Paramecium caudatum Ehrenberg), низших ракообразных (дафния магна – Daphnia magna Straus., цериодафния – ветвистоусый рачок - Ceriodaphnia affinis Lillijeborg. и артемия салина -Artemia selina L.), а также зеленой протококковой водоросли (Scenedesmus quadricauda (Turp.)Breb.). Кроме этого, существуют методики с использованием семян растений. Фитотестирование проводят на семенах лука круглого (Allium cepa L.), редиса обыкновенного (Raphanus sativus L.) и риса обыкновенного (Orysa sativa L.). При этом определяют 1) энергию прорастания семян (долю семян, проросших на третьи сутки); 2) всхожесть для указанных семян (долю семян, проросших на седьмые сутки); 3) биомассу ростков. При наличии токсичных компонентов в испытуемых пробах воды наблюдается снижение показателей всхожести, энергии прорастания семян и показателя биомассы ростков. Следует отметить, что недостатком данных методик является их длительность. Для оценки результатов фитотестирования требуется несколько дней. В то время как анализ химическими и физико-химическими методами выполняется за несколько часов. Они используются, прежде всего, для научно-исследовательской работы по поиску эффективных способов очистки сточных вод. Такими способами определяют экологическую токсичность испытуемых образцов. 136 Основы экологии и охраны природы ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите название для независимой экспертизы, осуществляющей комплексную проверку соответствия деятельности предприятия природоохранным нормам и правилам: 1) Экологический контроль 2) Экологический аудит 3) Экологический паспорт предприятия 2. Выберите вещества, относящиеся к суперэкотоксикантами: 1) Аммиак 2) Тяжелые металлы 3) Синтетические моющие средства 4) Диоксины 5) Сажа 3. Из предложенных вариантов выберите правильное определение термина «экологический риск»: 1) Независимая комплексная проверка деятельности предприятия на соответствие природоохранным нормам 2) Система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды 3) Оценка вероятности проявления негативных изменений в окружающей среде, вызванным антропогенным и иным воздействием 4. Из предложенных вариантов выберите объекты глобального экологического мониторинга: 1) Поверхностные и грунтовые воды 2) Радиоактивное излучение 3) Исчезающие виды растений и животных 4) Природные экосистемы 5) Атмосфера 6) Гидросфера Правильные ответы: 1-2; 2-2,4; 3-3; 4-5,6 Тема № 15 ЭКОЛОГИЯ И ЭКОНОМИКА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО 1. Э КОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УЧЕТ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ Учет природных ресурсов ведется на основе кадастров. Кадастр – систематизированный свод сведений, количественно и качественно характеризующих определенный вид природных ресурсов или явлений, в ряде случаев с их социально-экономической оценкой. Иными словами все природные ресурсы поставлены на государственный учет. Составлением кадастров занимаются специальные органы Минприроды РФ. Существуют земельный кадастр, водный кадастр, лесной кадастр, кадастр недр, кадастр животного мира и др. Земельный кадастр включает в себя данные о собственниках и арендаторах земли, оценки качества земли (например, для строительства) и др. Водный кадастр представляет собой свод данных о водных ресурсах РФ, перечень водопользователей и др. данне. Лесной кадастр содержит перечень данных о лесах и степени их вовлечения в эксплуатацию, запасах древесины и другие данные. Порядок пользования природными ресурсами основывается на принципах бережного отношения к окружающей среде. Существует система мер по эффективному использованию природных ресурсов. Это лицензирование, заключение договоров и система лимитов. 138 Основы экологии и охраны природы Лицензия на комплексное природопользование – документ, удостоверяющий право его владельца на использование в фиксированный период времени природного ресурса (земель, вод, недр и др.). Например, лицензия на сбор лекарственного растительного сырья дикорастущих растений для фармацевтических предприятий. Период деятельности лицензии на природопользование определяется договором о комплексном природопользовании. Лицинзия предусматривает возможность деятельности предприятия. Договор устанавливает конкретные условия и порядок работы, ответственность сторон. Существуют также лимиты на природопользование – предельные объемы природных ресурсов, выбросов загрязняющих веществ, размещения отходов производства, которые устанавливаются для предприятий-природопользователей на определенный срок. За использование ресурсов сверх лимитов устанавливается дополнительная плата. В случае заготовки лекарственных растений методы расчета запасов сырья и объемов возможной заготовки согласуются с лимитами на сбор для конкретных районов заготовки сырья. Следует отметить, что это касается всех предприятий, в том числе и фармацевтических. Лекарственные вещества представляют собой вещества, вредные для окружающей среды. Забракованные препараты, а также лекарства с истекшим сроком годности и реактивы, используемые для химического анализа утилизируются через полигоны. Представляют собой непосредственную опасность для природы ртутные лампы (1 класс опасности) в помещениях. Он должны утилизироваться на специальных предприятиях по обезвреживанию, принадлежащих лицензированным организациям на договорной основе. На все эти типы отходов и способы их утилизации составляется определенная документация – экологический паспорт предприятия, паспорт опасных отходов и т.д. Особые отходы имеются у медицинских учреждений – они также собираются и утилизируются специальным образом. Поэтому экологическую документацию разрабатывают специальные организации с учетом специфики предприятия. На крупных предприятиях имеется экологический отдел, занимающийся этой работой. Система государственного экологического контроля также распространяется и на фармацевтические предприятия. Тема № 15. Экология и экономика фармацевтических предприятий... 139 В случае проверок эти документы явлются подтверждением правильной работы. 2. О СНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА 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 природной среды. Экологическое право включает в себя следующие нормативные акты: 1) конституция; 2) законы и кодексы в области охраны природы; 3) указы и распоряжения Президента РФ по вопросам экологии и природопользования, правительственные природоохранные акты; 4) нормативные акты министерств и ведомств; 5) нормативные решения органов местного самоуправления. 1. К онституция РФ (принята 12 декабря 1993 г.) провозглашает право граждан на землю и другие природные ресурсы, закрепляет право человека на благоприятную окружающую среду (экологическую безопасность) и возмещение ущерба, причиненного его здоровью. Она также определяет обязанности граждан по отношению к природе, а также функции высших и местных органов власти по контролю за его выполнением. 2. Законы и кодексы в области охраны окружающей природной среды составляют основу природопользования. В их число входят законы о землях, недрах, охране атмосферного воздуха, об охране и использовании животного мира и др. Главным законом является федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ. 3. У казы и распоряжения президента, постановления правительства также затрагивают широкий круг экологических вопросов. 4. Н ормативные акты природоохранительных министерств и ведомств издаются по разнообразным вопросам рационального использования и охраны окружающей природной среды в виде постановлений, инструкций, приказов. 140 Основы экологии и охраны природы 5. Н ормативные решения местных административных органов дополняют и конкретизируют действующие нормативно-правовые акты по охране окружающей среды. Государственные органы управления, контроля и надзора в области охраны окружающей природной среды подразделяются на две категории: общей (Президент РФ, Федеральное собрание, Государственная Дума, правительство и другие государственные органы власти, определяющие направление экологической политики) и специальной компетенции (комплексные, отраслевые и функциональные). О функциях последних следует сказать поподробнее. Комплексные органы выполняют все природоохранные задачи или какой-то их блок. Работу координирует Министерство природных ресурсов РФ, Государственная служба охраны окружающей среды, Государственная служба контроля в сфере природопользования и экологической безопасности. К комплексным органам управления относятся также: Департамент Госсанэпиднадзора Министерства здравоохранения и социальной политики РФ (Санэпиднадзор РФ), Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России). Отраслевые органы (Роскомзем, Рослесхоз, Госкомрыболовство, Минсельхоз России) выполняют функции управления и надзора по охране и использовании, отдельных видов природных ресурсов. Функциональные органы выполняют одну или несколько родственных функций в отношении всех природных объектов: Госатомнадзор России (контроль за использованием атомной энергии), Госгортехнадзор (контроль за использованием недр), Государственный таможенный комитет РФ (предупреждение незаконного ввоза опасных отходов), МВД России (охрана атмосферного воздуха от загрязнения транспортом). 3. О СНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ Охрана окружающей среды тесно связана с рациональным природопользованием. Система мер направлена на гармоничное Тема № 15. Экология и экономика фармацевтических предприятий... 141 взаимо­действие общества и природы. Под природопользованием понимают общественно-производственную деятельность, направленную на удовлетворение материальных и культурных потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий. По Н.Ф. Реймерсу (доктор биологических наук, профессор, советский зоолог, эколог, один из главных участников становления заповедного дела в СССР), оно 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 численность людей. Природопользование может быть рациональным и нерациональным. Под рациональным природопользованием понимают экологически безопасное и рациональное использование природных богатств, с максимально возможным сохранением природноресурсного потенциала и способности экосистемы к саморегуляции. Нерациональное природопользование ведет к ухудшению качества природной среды, сопровождается нарушением экологического равновесия и разрушением экосистемы. Современное состояние окружающей среды именуется экологическим кризисом. Это связано с тем, что до предела обострились противоречия между экономикой и экологией. При этом способность биосферы к саморегуляции серьезно подорвана влиянием антропогенного фактора. Наиболее серьезными последствиями экологического кризиса являются: – высокий уровень загрязнения атмосферы, отрицательно влияющего на все живое; – загрязнение гидросферы, а также вызванное им снижение биологического разнообразия, истощение и высыхание малых рек и водоемов, истощение запасов пресной воды; – изменения в литосфере, увеличение площади антропогенных пустынь, эрозия почв, снижение плодородия почв, истощение недр; – снижение биологического разнообразия планеты в биотических сообществах, деградация генофонда; 142 Основы экологии и охраны природы – в целом в среде обитания человека наблюдается неуклонный рост отходов производства, увеличение радиологической нагрузки, увеличение количества техногенных катастроф. Анализ этих проблем позволяет найти пути выхода из создавшегося экологического кризиса. Для РФ выделено пять основных направлений (Петров, 1995 г.): – экологизация производств (приоритет для безотходных и экологически чистых технологий); – развитие и совершенствование экономического механизма охраны окружающей среды; – применение мер административной и юридической ответственности за экологические нарушения; – экологическо-просветительское направление представляет собой отказ от потребительского отношения к природе и гармонизации экологического мышления; – гармонизация международного экологического сотрудничества. Определенные шаги принимаются по всем, указанным выше, направлениям. 4. ФОРМЫ ОХРАНЯЕМЫХ ТЕРРИТОРИЙ Для сохранения естественного генофонда и защиты природы бывает необходимо ограничить или запретить отдельные виды хозяйственной деятельности. В настоящее время насчитывают несколько форм охраняемых территорий, среди которых главными являются: заповедники, заказники, национальные парки, природные парки, памятники природы, природные резерваты, дендрологические парки и ботанические сады, приписные угодья, лесные зоны и особо ценные лесные объекты. Выделяют и другие формы охраняемых территорий. Согласно «Закону об охраняемых территориях» (1995 г.) перечень территорий, подлежащих охране следующий: государственные природные заповедники, в том числе биосферные, национальные парки, природные парки, государственные природные заказники, памятники природы, дендрологические парки и ботанические сады. Тема № 15. Экология и экономика фармацевтических предприятий... 143 Государственные природные заповедники – особо охраняемые территории, на которых запрещены все виды хозяйственной деятельности, нарушающие природный комплекс, активный туризм и все виды массового отдыха. Заповедными являются территории, особо интересные как в природном, так в культурном и научном плане. Посещать территории заповедника можно только по специальным разрешениям, в сопровождении сотрудников заповедника и по специально отведенным маршрутам. Целью создания заповедника является как сохранение растительного и животного генофонда, так и экологической системы в целом. Заповедники создаются на неопределенный срок времени. Всего на территории РФ насчитывают около 100 государственных природных заповедников (их общая площадь – 0,34 км2), что составляет около 1,65% от территории нашей страны. На территории Самарской области находится ФГБУ «Жигулёвский государственный природный биосферный заповедник имени И.И. Спрыгина». Наряду с государственными природными существуют также биосферные заповедники. Это эталоны биосферы, где проводится мониторинг за состоянием окружающей среды. Национальные парки – территории, включающие в себя несколько зон, с разными режимами охраны природы. Они созданы для целей охраны окружающей среды, а также в оздоровительных, культурно-просветительных и научных целях. Среди них имеются заповедные зоны, где ограничена или запрещена хозяйственная деятельность, и зоны отдыха, предназначенные для активного отдыха. На последних территориях есть места для палаток, пляжи, места для рыбалки, кафе и др. Национальные парки больше характерны для зарубежных стран, где более развита индустрия отдыха. Целью их деятельность является не только сохранение природного комплекса в первозданном виде, но приобщение людей к природе. Всего в мире 2300 национальных парков, в Европе – более 160. Число их в нашей стране растет. На территории нашей области находится Государственный природный национальный парк «Самарская Лука». Природные парки являются особо охраняемыми природными территориями регионального значения, в границах которых выделяются зоны, имеющие экологическое, культурное или рекреационное назначение, и соответственно этому устанавливаются запреты и ограничения экономической и иной деятельности. 144 Основы экологии и охраны природы Государственные природные заказники – участки территории, в пределах которых под особой охраной находится не весь природный комплекс, а отдельные его элементы. На его территории могут быть запрещены следующие виды хозяйственной деятельности: вспашка земель, предоставление участков под застройку, использование ядохимикатов, изыскательные работы и разработка полезных ископаемых, туризм и другие формы организованного отдыха. Заказники создаются с целью восстановления и расширенного воспроизводства отдельных видов дикорастущих растений на тех участках, где их запасы сильно истощены в результате хищнических истреблений и вряд ли могут быть восстановлены естественным путем. Создаются они сроком не менее чем на пять лет. Всего насчитывается 94 заказника, площадью около 814,1 тыс. га. Памятники природы – по-другому называются достопримечательностями природы. Памятниками природы могут являться озера, пещеры, водопады, рощи с уникальными растениями. Они бывают ботанические, зоологические, комплексные, гидрологические и др. На их территории запрещена любая хозяйственная деятельность, способная причинить вред памятнику природы. На территории России около 1347 памятников природы, из них только 19 расположены в Московской области. Дендрологические парки и ботанические сады созданы для формирования специальных коллекций растений в целях сохранения растительного мира и его разнообразия. Кроме того, в РФ выделяют другие формы охраняемых территорий: Ландшафтные парки – искусственно созданные или окультуренные охраняемые антропогенные ландшафты, отличающиеся природными достопримечательностями и высокой эстетичностью. Территория ландшафтного парка обычно имеет благоприятные климатические условия, ценные для оздоровления, отдыха, туризма и чаще всего используется в рекреационных целях. Приписные угодья – участки земли, предназначенные для заготовки дикорастущего ЛРС и закрепленные за заготовительными организациями. В пределах приписных угодий запрещена заготовка сырья без лицензии, которые выдаются организацией, за которой Тема № 15. Экология и экономика фармацевтических предприятий... 145 закреплены данные угодья. Сами эти организации принимают меры по охране этих участков земли, поэтому вправе ограничить некоторые виды хозяйственной деятельности, мешающие расширенному воспроизводству растений. Приписные угодья создаются на тех участках, где имеются особо ценные и высокоурожайные угодья дикорастущих растений. Создаются они не менее чем на десять лет. Это наиболее рациональная форма хозяйственной деятельности, которая в современном мире почти не существует. Особо ценные лесные объекты – это участки леса, представляющие особый интерес прежде всего в чисто хозяйственном отношении. Такими участками являются немногие сохранившиеся до наших дней «девственные леса», то есть леса, никогда не знавшие рубки или подсечного земледелия. Кроме того, к ним относятся высокопродуктивные участки леса, где деревья отличаются энергичным приростом и правильной формой ствола. К такой категории лесоводы относят различного рода мемориальные лесные участки, связанные с деятельностью выдающихся исторических лиц, или связанные с теми или иными событиями в нашей истории. Режим посещения там менее строг, чем в заповедниках. Он может быть более или менее ограниченным или, напротив, свободным для организованных отдыхающих. Зеленые зоны вокруг крупных городов являются самой облегченной и наиболее обширной категорией совмещения отдыха и охраны природы. Леса, отнесенные к зеленым зонам, занимают огромные территории. Режим посещения их приближается в посещению обычных парков в городах. Резерваты – бывают управляемые природные резерваты (в России чаще всего встречаются лесные резерваты). Это эталоны коренных ландшафтов, в частности лесных, в том числе хвойных древостоев – старше 80 лет и лиственных – старше 50 лет. Существуют антропологические резерваты или резервации, создаваемые для сохранения традиционного образа жизни коренного населения. ПРИМЕРНОЕ ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ 1. Укажите название для независимой экспертизы, осуществляющей комплексную проверку соответствия деятельности предприятия природоохранным нормам и правилам: 146 Основы экологии и охраны природы 1) Экологический контроль 2) Экологический аудит 3) Экологический паспорт предприятия 2. Выберите документ предприятия, удостоверяющий право его владельца на потребление природных ресурсов, а также объемы выбросов загрязняющих веществ: 1) Лицензия на природопользование 2) Договор на природопользование 3) Лимиты на природопользование 3. Укажите документ, который является основой государственного учета запасов речной воды 1) Земельный кадастр 2) Водный кадастр 3) Лесной кадастр 4. Выберите правильное определение термина «экологическая сертификация»: 1) Оценка вероятности появления негативных изменений в окружающей среде, вызванных антропогенным или иным воздействием 2) Система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды 3) Деятельность по подтверждению соответствия объекта природоохранным требованиям 5. Выберите государственные службы, осуществляющие контроль за состоянием окружающей среды, относящиеся к отраслевым органам: 1) Рослесхоз 2) Министерство природных ресурсов РФ 3) Госатомнадзор России 4) Санэпиднадзор РФ 5) Минсельхоз России Правильные ответы: 1-2; 2-1; 3-2; 4-3; 5-1, 5 Список литературы 1. А гаджанян Н.А., Воложин А.И., Евстафьева Е.В. Экология человека и концепция выживания. М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, 2001. – 240 с. 2. А реалы лекарственных и родственных им растений СССР (Атлас) / Под. ред В.М. Шмидта. – 2-е изд., испр. – Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1990. – 224 с. 3. А тлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР. М.: ГУГК, 1980. – 340 с. 4. Б отаническая география с основами экологии растений / Хржановский В.Г, Викторов В.С., Литвак П.В., Родионов Б.С. – М.: Агропромиздат, 1986. – 255 с. 5. В оронкевич Г.М., Калинина А.А. Летняя учебная практика по ботанике (методические разработки). – Куйбышев, 1971. – 148 с. 6. В оронов А.Г. Геоботаника. Учебное пособие для ун-тов и пед. ин-тов. – Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: Высшая школа, 1973. – 384 с. 7. Г ордеева Т.Н., Стрелкова О.С. Практический курс географии растений: учебное пособие. – М.: «Высшая школа», 1968. – 336 с. 8. К оваленко Л.И., Родионова Г.М., Чумакова З.В., Зрелова Л.В. Основы экологии и охраны природы: Учебник / Под ред. А.П. Арзамасцева. – М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2008. – 416 с. 9. К оваленко Л.И., Родионова Г.М. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической экологии: Учебное пособие / Под ред. А.П. Арзамасцева. М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2007. – 176 с. 10. К омарова Н.Г. Геоэкология и природопользование: Учеб. пособие для высших пед. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 192 с. 11. К оробкин В.И., Передельский Л.В. Экология: конспект лекций. – Изд. 3-е. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. – 224 с. 12. К оробкин В.И., Передельский Л.В. Экология: Учебник для вузов. – Изд. 10-е. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. – 576 с. 13. К расная книга РСФСР (растения). – Москва: Росагропромиздат, 1988. – 590 с. 148 Основы экологии и охраны природы 14. К уркин В.А. Фармакогнозия: Учебник для студентов фармацевтических вузов (факультетов). – 2-е изд., перераб. и доп. – Самара: ООО «Офорт», ГОУ ВПО «СамГМУ Росздрава», 2007. – 1239 с. 15. М аврищев В.В. Основы экологии: Учебник. – Мн.: Выш. Шк., 2003. – 416 с. 16. М едицинская экология: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / А.А. Королев, М.В. Богданов, Ал.А. Королев и др.; Под ред. А.А. Королева. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 192 с. 17. М иркин Б.М., Наумова Л.Г. Основы общей экологии: Учебное пособие / Под. Ред. Г.С. Розенберга. – М.: Университетская книга, 2005. – 240 с. 18. О сновы экологии и охраны природы: Учебное пособие для профессиональных учебных заведений / Под ред. И.А. Корчак. – Самара: Самарский Дом. Печати, 1995. – 334 с. 19. П лаксина Т.И. Конспект флоры Волго-Уральского региона. – Самара: Издательство «Самарский университет», 2001. – 388 с. 20. П лаксина Т.И. Редкие, исчезающие растения Самарской области. Самара: Издательство «Самарский университет», 1998. – 272 с. 21. П рирода Куйбышевской области / Сост. М.С. Горелов, В.И. Устинова. – Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1990. – 464 с. 22. С адоян В.А. Биологически активные добавки на фармацевтическом рынке. – М.: Литтерра, 2006. – 200 с. 23. С кворцов В.Э. Учебный атлас. Флора Средней России (для студентов и натуралистов). – М.: ЧеРо, 2004. – 488 с. 24. С уворов В.В., Воронова И.Н., Г.Н. Громбчевская, В.М. Милов, Т.А. Степанова Руководство к летним практическим занятиям по ботанике. – Ленинград: Издательство «Колос», 1966. – 192 с. 25. Ф едорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студентов высших учебных заведений. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2003. – 288 с. 26. Э кология в схемах и таблицах. Учебное пособие / Составители Чердымова З.И., Чердымова Е.И., Астафьев В.М., Симонов Ю.В. – Самара: Корпорация «Федоров», 1997. – 224 с. Учебное издание Куркин В.А., Авдеева Е.В., Правдивцева О.Е., Куркина А.В., Егоров М.В., Рыжов В.М., Тарасенко Л.В. Стеняева В.В. Шагалиева Н.Р. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ Учебное пособие для студентов 1-3 курсов фармацевтических вузов (факультетов) Редактор – профессор М.М. Гинзбург Подписано в печать ________ Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 3,0 усл. печ. л. Тираж 500 экз. Заказ ______. Самарский государственный медицинский университет 443099, г. Самара, ул. Чапаевская, 89. Издательство ООО «Офорт». 443080 г. Самара, ул. Революционная, д. 70 П. Тел.: 372-00-56, 372-00-57, 932-00-50. E-mail: ofort-samara@mail.ru Отпечатано в типографии ООО «Офорт».
