Основы экологии

Основы экологии

1. Экология как наука

Термин "Экология" предложен Геккелем в 1869 г. Экология ("ойкос" - дом, "логос" - наука) - это наука о взаимодействии организмов с окружающей средой (в первичном значении).

Экология - это наука, изучающая закономерности взаимодействия организмов и среды их обитания, законы развития и существования биогеоценозов как комплексов взаимодействующих живых и неживых компонентов в различных участках биосферы.

Основные экологические термины и понятия.

Экосистема - основная функциональная единица экологии. Это единственный природный комплекс живых организмов и среды обитания, в котором все компоненты связаны между собой обменом веществ. Различают микроэкосистемы (пенек с грибами), мезоэкосистемы (озеро, лес), и макроэкосистемы (моря, континенты). Глобальная экосистема - биосфера планеты Земля.

Биогеоценоз - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и неживых компонентов, объединенных в единую систему обмена веществ, энергии и информации.

Биотоп - относительно однородное по абиотическим факторам пространство, занятое биоценозом (место обитания вида).

Биоценоз - объединение совместно проживающих живых организмов:

·        видовым или популяционным составом и их количественным соотношением;

·        пространственным соотношением элементов;

·        совокупностью всех связей и трофическими цепями.

Эврибионтные организмы - организмы, с широким приспосабливанием.

Стенобионты - организмы с узкой приспосабливаемостью.

Лимитирующий фактор - это фактор, уровень которого приближается к границе устойчивости или превышает ее. Это доза или концентрация, которая выше или ниже оптимальной.

Одной из главных целей современной экологии как науки является изучение основных закономерностей и развитие теории рационального взаимодействия в системе «человек - общество - природа», рассматривая человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Главнейшая цель современной экологии на данном этапе развития человеческого общества - вывести Человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором будет достигнуто удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколении.

Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд разнообразных и сложных задач, в том числе:

§  разработать теории и методы оценивания устойчивости экологических систем на всех уровнях;

§  исследовать механизмы регуляции численности популяций и биотического разнообразия, роли биоты (флоры и фауны) как регулятора устойчивости биосферы;

§  изучить и создать прогнозы изменений биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов;

§  оценивать состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;

§  разрабатывать методы управления качеством окружающей среды;

§  формировать понимание проблем биосферы и экологическую культуру общества.

Методы экологии:

.        полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры)

.        экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе).

.        моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. (можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами)

.        математического моделирования. (на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях)

Основной частью экологии, ее фундаментом является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды. Предметом изучения общей экологии являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой. В связи с этим выделяют следующие основные разделы экологии:

ü  экология организмов (аутэкология), которая изучает индивидуальные связи отдельной особи или групп особей одного вида с окружающей средой;

ü  экология популяций (демэкология), в задачи которой входит изучение структуры, динамики популяций отдельных видов (механизмы регуляции численности организмов, оптимальная плотность, допустимые нормы их изъятия и др.);

ü  экология сообществ, или биоценология (синэкология), которая изучает взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой, структуру и механизмы функционирования биогеоценозов.

2. Экосистемы, виды экосистем

Экосистема - это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды. Термин «экосистема» ввел А. Тенсли в 1935 г.

Основные свойства:

)        способность осуществлять круговорот веществ

)        противостоять внешним воздействиям

)        производить биологическую продукцию

Виды экосистем:

)        микроэкосистемы (ствол дерева в стадии размножения, аквариум, небольшой водоем, капля воды и т. д.)

)        мезоэкосистема (лес, пруд, степь, река)

)        макроэкосистема (океан, континент, природная зона)

)        глобальная экосистема (биосфера в целом)

Самой большой экосистемой является биосфера - оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Толщина биосферы немногим больше 20 км (организмы обитают над поверхностью суши не выше 6 км над уровнем моря, опускаются не глубже 15 км в толщу суши и на 11 км в глубь океана), но основная масса живого вещества сконцентрирована в приповерхностном слое толщиной 50 - 100 м - это высота лесного полога и глубина проникновения основной массы корней. В этих границах сконцентрированы наземные и почвенные животные и микроорганизмы. В океане наиболее обжиты растениями и животными освещаемые солнцем и прогреваемые до глубины 10 - 20 м приповерхностные толщи воды. В этом тонком слое биосферы сконцентрировано более 90% биомассы растений и животных.

Одум предложил классификацию экосистемы на основе биомов. Это крупные природные экосистемы соответствующие физико-географическим зонам. Характеризуется каким - либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта.

Типы биомов:

)        наземные (тундра, тайга, степи, пустыни)

)        пресноводные (текучие воды: реки, ручьи, стоячие воды: озера, пруды, заболоченные воды: болота)

)        морские (открытый океан, воды шельфа, глубоководные зоны)

Экологи используют также термин «биогеоценоз», предложенный советским ботаником В.Н. Сукачевым. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз является синонимом экосистемы.

В зависимости от воздействия хозяйственной деятельности человека системы подразделяются на:

)        естественные, сохранившиеся в неприкосновенности;

)        модифицированные, изменившиеся от деятельности человека;

)        трансформированные, преобразованные человеком.

Экосистема состоит из четырех основных элементов:

.        Неживая (абиотическая) среда - это вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

.        Продуценты (производители) - живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. Такую работу выполняют главным образом зеленые растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Этот процесс называют фотосинтезом. При нем высвобождается кислород. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, кислород используется для дыхания.

.        Консументы - потребители растительной продукции. Организмы, питающиеся только растениями, называют консументами первого порядка. Животных, питающихся только (или преимущественно) мясом, называют консументами второго порядка.

.        Редуценты (деструкторы, разлагатели) - группа организмов, которые разлагают остатки отмерших существ, например, растительные остатки или трупы животных, превращая их снова в исходное сырье (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов, превращающих эти составные части снова в органические вещества. К редуцентам относятся многие черви, личинки насекомых и другие мелкие почвенные организмы. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы, превращающие живое вещество в минеральное, называют минерализаторами.

Природа действует в высшей степени экономно. Созданная организмами биомасса (вещество их тел) и содержащаяся в ней энергия передаются остальным членам экосистемы: животные питаются растениями, хищные животные поедают первых, человек употребляет в пищу растения и животных. Этот процесс называют пищевой цепью.

В отношении поступления энергии природные и антропогенные (созданные человеком) экосистемы сходны. И природным, и искусственным (дома, города, системы транспорта) экосистемам требуется подвод энергии извне. Но естественные экосистемы получают энергию от практически вечного источника - Солнца, которое к тому же, «производя» энергию, не загрязняет окружающую среду. Человек, напротив, питает процессы производства и потребления в основном за счет конечных источников энергии - угля и нефти, которые наряду с энергией выделяют пыль, газы, тепловые и другие отходы, наносящие вред окружающей среде и не поддающиеся переработке внутри самой искусственной экосистемы. Не следует забывать, что потребление даже такой «чистой» энергии, как электрическая (если она произведена на тепловой электростанции), приводит к загрязнению воздуха и тепловому загрязнению среды.

. Структура и функции экосистем

Структура является важнейшим свойством любой экосистемы. Структуру понимают как внутреннее строение системы и определенные связи между его составляющими. Всего в экологии различают пространственную и функциональную структуру экосистем.

Пространственная, или морфологическая, структура отражает состав, структурные соотношения и пространственное расположение структурных элементов или блоков экосистемы, которые определяют особенности ее функционирования в определенных условиях среды.

Функциональная структура отражает особенности функционирования структурных компонентов экосистемы. Она характеризует темпы, объемы и последствия вещественно-энергетического обмена, устойчивость и стабильность, производительность и другие важные функции экосистем.

Характеризуя функциональную структуру экосистем, следует обратить внимание на такие функциональные признаки:

усвоение и трансформация энергии;

продуцирование органической массы;

перемещение вещественно-энергетических ресурсов вдоль трофических (пищевых) цепей;

деструкция мертвой органики и биотический круговорот (биогеохимические циклы);

постоянная динамика, развитие и эволюция;

саморегуляция, устойчивость и стабильность

Каждая экосистема имеет два основных компонента: организмы с одной стороны и факторы окружающей для них среды - с другой. Вся совокупность организмов - это биота экосистемы. Пути взаимодействия различных категорий организмов - это биотическая структура экосистемы. Несмотря на большое разнообразие экосистем, им всем присуща примерно одинаковая биотическая структура, поскольку они содержат одни и те же категории организмов: продуценты, консументы, редуценты.

Экосистема состоит из четырех основных элементов:

.        Неживая (абиотическая) среда - это вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

.        Продуценты (производители) - живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. Такую работу выполняют главным образом зеленые растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Этот процесс называют фотосинтезом. При нем высвобождается кислород. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, кислород используется для дыхания.

.        Консументы - потребители растительной продукции. Организмы, питающиеся только растениями, называют консументами первого порядка. Животных, питающихся только (или преимущественно) мясом, называют консументами второго порядка.

.        Редуценты (деструкторы, разлагатели) - группа организмов, которые разлагают остатки отмерших существ, например, растительные остатки или трупы животных, превращая их снова в исходное сырье (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов, превращающих эти составные части снова в органические вещества. К редуцентам относятся многие черви, личинки насекомых и другие мелкие почвенные организмы. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы, превращающие живое вещество в минеральное, называют минерализаторами.

Функции экосистем

. Потоки вещества и энергии в экосистемах

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания - углекислый газ, вода и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне.

Основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетические связи. В них постоянно происходит перенос вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями.

Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем.

Первый трофический уровень образуют продуценты (растения), второй - первичные консументы (растительноядные животные), третий - вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам является объектом питания для других организмов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных, цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети.

Существуют два основных типа пищевых цепей - пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения).

. Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер ->кролик -> волк; фитопланктон (водоросли) ->зоопланктон (простейшие) ->плотва -> щука -> скопа.

. Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных - детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям - хищникам. Листовая подстилка ->дождевой червь -> черный дрозд-> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клеши, ногохвостки, нематоды и др.

Пирамиды энергетических потоков.

С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается. Правило 10%: при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 10% передается на следующий уровень. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Поэтому длина пищевой цепи обычно не превышает 4 - 5 звеньев.

. Биосфера как экосистема

Термин «биосфера» впервые был употреблен еще в начале прошлого века Жаном Батистом Ламарком. Геологический смысл в него вложил австрийский ученый Эдуард Зюсс. По Зюссу, биосфера - область нахождения живой материи.

Основные идеи Вернадского о биосфере сложились к началу 20-х годов и были опубликованы в 1926 г. в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков: «Биосфера в космосе» и «Область жизни». По Вернадскому, биосфера - организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система. Основной чертой ее организованности является биогенная миграция химических элементов, производимая силами жизни, источником энергии которой является лучистая энергия Солнца. Вернадский так определил пространство, охватываемое биосферой Земли: вся гидросфера до максимальных глубин океана, верхняя часть литосферы материков до глубины 2-3 км, нижняя часть атмосферы (по крайней мере, до верхней границы тропосферы).

Учение о биосфере создал русский ученый В.И. Вернадский. Он доказал, что живые организмы за 4 млрд. лет существования их на Земле произвели огромные преобразования. В атмосфере появился кислород, раковины моллюсков и фораминифер образовали осадочные горные породы. Под влиянием жизнедеятельности организмов в биосфере постоянно происходил и происходит круговорот воды, кислорода, углерода, азота и других веществ.

При незначительном вмешательстве человека в экосистемы биосфера сохраняет свое равновесие. Однако усиливающееся влияние человека на природу, например, вырубка лесов, которые выделяют кислород, сжигание больших количеств содержащего углерод топлива с выделением углекислого газа, уменьшение испарения с поверхности океана из-за загрязнения нефтью - все это нарушает круговороты веществ и приводит к глобальному ухудшению состояния биосферы.

В истории биосферы выделяются четыре крупных этапа:

.        появление первичных автотрофов (новый способ питания, важнейший компонент биосферы); 

.        возникновение животных с кальциевым скелетом (усиление одной из биогеохимических функций);

.        формирование лесных биогеоценозов (возникновение биогеоценозов, наиболее эффективно осуществляющих аккумуляцию солнечной энергии);

.        создание ноосферы (резкое изменение всех биогеохимических и энергетических процессов в биосфере).

Область активной жизни, включающей в себя нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, называемой биосферой, представляет собой целостную, сложную, динамическую систему, в которой живые организмы и среда их обитания органически связаны друг с другом и взаимодействуют между собой.

Биосфера включает в себя:

.        Совокупность всех живых организмов.

.        Биогенное вещество, т.е. органоминеральные или органические продукты созданные живым веществом.

.        Биокосное вещество созданное живыми организмами вместе с неживой (костной природой).

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под воздействием внешних сил, в том числе космических.

Впервые термин «ноосфера» (буквально - сфера разума) использовал в 1927 г. французский исследователь Э. Леруа. В.И. Вернадский начал разрабатывать и высказывать основные идеи учения о ноосфере в начале XX в. Ноосфера - «сфера разума», высшая стадия развития биосферы. Ноосфера - это сфера разумной активности людей по преобразованию окружающей среды. При этом общество выходит на уровень сознательного регулирования развития промышленности, адекватного вмешательства в природные процессы. В состоянии ноосферы потребности общества должны стать соизмеримы с возможностями гео- и биосферы. Расширение ноосферы будет означать наступление ноогенного периода в истории взаимодействия общества и природы. Изучение биосферы это наивысший по сложности раздел экологии именуемый глобальной экологией.

. Учение Вернадского

Учение В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина, периодический закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Энштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых.

Представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли восходят к Ж.Б. Ламарку. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Эдуард Зюсс (1875), который понимал биосферу как тонкую пленку жизни на земной поверхности, которая в значительной мере определяет «лик Земли». Однако целостное учение о биосфере разработал российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1926).

В настоящее время существует множество подходов к определению понятия «биосфера».

Биосфера - это геологическая оболочка Земли, сложившаяся в ходе исторического развития органического мира.

Биосфера - это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера - это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной жизнедеятельностью живых организмов; это самая большая из известных экосистем.

Согласно данной теории биосфера выполняет несколько функций:

.        кислородная, т.к. часть биосферы выделяет кислород;

.        почвообразующая;

.        хемосинтезирующая - синтез органических веществ из неорганических, возможный только в бактериях (например, только бактерии способны аккумулировать азот из воздуха);

.        круговорот веществ (атомов) в природе, в котором участвует вся атмосфера в целом;

.        структурная - некоторые живые организмы способны изменять облик Земли и т.д.

Центральным пунктом изучения в теории Вернадского является понятие о живом веществе, т.е. совокупности всех живых организмов. Кроме живого вещества Вернадский выделял еще косное вещество (воздух, вода, минералы). Между живым веществом и косным находятся биокосные вещества (остатки живых организмов, например, навоз).

Отличия живого вещества от косного заключаются в следующем:

.        изменения и процессы в живом веществе происходят быстрее, чем в косных телах, поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического времени, а в неживых телах геологического времени. 1 секунда геологического времени = 100 тысяч лет исторического;

.        в живых организмах существует непрерывный ток атомов: из живых в неживое, и наоборот;

.        только в живых организмах происходят качественные изменения в ходе геологического времени, т.е. эволюция;

.        живые организмы изменяются в зависимости от окружающей среды.

Функции живого вещества

Одна из основных заслуг В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

.        Энергетическая функция заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца (бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию химических связей) и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и, далее, - к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, "консервируется" в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

.        В осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. В то же время, большинство живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

.        Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

.        Концентрационная функция заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Границы биосферы совпадают с границами распространения живых организмов в оболочках Земли, что определяется наличием условий существования жизни (благоприятный температурный режим, уровень радиации, достаточное количество воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа). Биосфера охватывает всю поверхность суши, а также океаны, моря и ту часть недр Земли, где находятся породы, созданные в процессе жизнедеятельности живых организмов. Иначе говоря, биосфера - это часть литосферы, атмосферы, гидросферы, заселенная живым веществом.

Для существования живых организмов необходимы следующие условия: достаточное количество воды, минеральных веществ, SO2, CO2, оптимальный температурный режим, уровень радиации и др.

Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном, представляющим собой тонкий слой (2-4 мм) газа озона. Роль озонового слоя в биосфере велика: он задерживает губительные для живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Этот слой расположен на высотах 16 - 20 км.

Нижняя граница биосферы неровная. К примеру, в литосфере живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить на глубине 3,5-7,5 км, а в Мировом океане организмы - на глубине 10 - 11 км.

. Популяции, виды популяций

В биологии существует множество концепций и множество определений вида. Одно из простейших определений вида гласит: вид - это совокупность организмов (особей), сходных между собой по ряду существенных признаков, населяющих определенный ареал, способных скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, похожее на родителей.

Ареал - это участок земной поверхности (территория или акватория), на котором существует и воспроизводит себя данный вид организмов. В большинстве случаев площадь ареала настолько велика, что организмы одного и того же вида должны адаптироваться к воздействию экологических факторов в разных условиях. Таким образом, вид обладает определенной экологической структурой.

Популяция - это минимальная самовоспроизводящаяся группировка особей одного вида, населяющая определенный ареал в течение длительного ряда поколений, образующая собственную генетическую систему, формирующая собственную экологическую нишу и более или менее изолированная от других подобных группировок данного вида.

Популяция есть форма существования вида и элементарная единица эволюции.

Основным свойством популяций, как и других биологических систем является то, что они находятся в беспрерывном движении, постоянно изменяются. Это отражается на всех параметрах: продуктивности, устойчивости, структуре, распределении в пространстве. Популяциям присущи конкретные генетические и экологические признаки, отражающие способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость. Наука, объединяющая генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяций, известна как популяционная биология.

Типы популяций. Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия обитания в пределах местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По этому признаку выделяют три типа популяций: элементарную, экологическую, географическую.

.        Элементарная (локальная) популяция - это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однородной площади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.

ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; микрогруппировки ландыша Кейске в белоберезняке, растущие у оснований деревьев и на открытых местах; куртины деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.

.        Экологическая популяция - совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

.        Географическая популяция - совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко - у животных и птиц - во время миграций, у растений - при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

ПРИМЕРЫ. Известны географические расы лиственницы даурской (Larix dahurica): западная (к западу от Лены (L. dahurica ssp. dahurica) и восточная (к востоку от Лены, выделяемая в L. dahurica ssp. cajanderi), северная и южная расы лиственницы курильской. Аналогично выделение М.А. Шембергом (1986) у березы каменной двух подвидов: березы Эрмана (Betula ermanii) и шерстистой (B. lanata). В низовьях р. Яма расположен очаг ели обыкновенной (Picea obovata), отстоящий от сплошного массива ельников к востоку на 1000 км, к северу - на 500 км. Зоологи выделяет тундровую и степную популяции у узкочерепной полевки (Microtis gregalis). У вида "белка обыкновенная" насчитывается около 20 географических популяций, или подвидов.

. Характерные черты популяций

Численность и плотность - основные параметры популяции. Численность - общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Плотность - количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную. Абсолютная рождаемость - это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная - то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).

Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида.

ПРИМЕР. Одуванчик за 10 лет способен заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена прорастут. Исключительно обильно семеносят ивы, тополя, березы, осина, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые 20 минут ив течение 36 часов могут сплошным слоем покрыть всю планету. Очень высока плодовитость у большинства видов насекомых и низка у хищников, крупных млекопитающих.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Различают три типа смертности:

одинаковая на всех стадиях развития; встречается редко, в оптимальных условиях;

повышенная смертность в раннем возрасте; характерна для большинства видов растений и животных (у деревьев к возрасту зрелости доживает менее 1% всходов, у рыб - 1-2% мальков, у насекомых - менее 0,5% личинок);

высокая смерть в старости; обычно наблюдается у животных, чьи личиночные стадии проходят в благоприятных мало изменяющихся условиях: почве, древесине, живых организмах.

Стабильные, растущие и сокращающиеся популяции. Популяция приспосабливается к изменению условий среды путем обновления и замещения особей, т.е. процессами рождения (возобновления) и убывания (отмирания), дополняемыми процессами миграции. В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности близки, сбалансированы. Они могут быть непостоянны, но плотность популяции незначительно отличается от какой-то средней величины. Ареал вида при этом ни увеличивается, ни уменьшается.

В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения, особенно у мелких животных (саранча, 28-точечная картофельная коровка, колорадский жук, грызуны, вороны, воробьи; из растений - амброзия, борщевик Сосновского в северной республике Коми, одуванчик, прилипало гималайское, отчасти - дуб монгольский). Нередко растущими становятся популяции крупных животных в условиях заповедного режима (лоси в Магаданском заповеднике, на Аляске, олень пятнистый в Уссурийском заповеднике, слоны в национальном парке Кении) или интродукции (лось в Ленинградской области, ондатра в Восточной Европе, домашние кошки в отдельных семьях). При переуплотнении у растений (обычно совпадает с началом сомкнутости покрова, кронового полога) начинается дифференциация особей по размерам и жизненному состоянию, самоизреживание популяций, а у животных (обычно совпадает с достижением половой зрелости молодняка) начинается миграция на сопредельные свободные участки.

Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного предела, а затем рождаемость (плодовитость) вновь повышается и популяция из сокращающейся становится растущей. Чаще всего неумеренно растущими бывают популяции нежелательных видов, сокращающимися - редких, реликтовых, ценных, как в экономическом, так и в эстетическом отношении.

. Динамика численности популяций и её причины

Численность популяций не остается постоянной, так как меняются условия их существования. Возникающие изменения численности популяций во времени называются динамикой численности. Ее изучение важно для прогноза перспектив дальнейшего существования популяций и оценки их роли в природных сообществах.

Диапазон колебаний численности популяций зависит от степени изменчивости абиотических и биотических факторов, а также от биологических особенностей конкретного вида (плодовитости, скорости смены поколений, возраста достижения половой зрелости особей и др.). Самые большие диапазоны колебаний численности характерны для мелких быстро размножающихся организмов - бактерий, инфузорий, насекомых, грызунов.

Типы динамики численности. Выделяют сезонный, многолетний и устойчивый типы динамики численности.

Сезонный тип динамики численности характерен для видов с резко возрастающей плотностью популяций в течение одного сезона. Он свойствен небольшим по размеру организмам, которые дают многочисленное и быстро созревающее потомство и способны поэтому в короткий срок резко увеличить свою численность. К таким организмам относятся представители планктона - дафнии, циклопы, коловратки, а среди наземных - многие виды насекомых, грызунов и однолетних травянистых растений. Например, домашние мухи появляются весной после зимовки в небольшом количестве, однако потомство одной их пары при средней плодовитости самки около 100 яиц за 5-6 поколений может быть очень многочисленным. В действительности этого не происходит из-за гибели значительной части отложенных яиц, личинок и куколок. И тем не менее численность мух от поколения к поколению сильно увеличивается.

Многолетний тип динамики численности охватывает период в несколько лет и характеризуется фазой минимума, или депрессии, фазой подъема, или нарастания, и фазой максимума, или массовой вспышки, после которой численность снижается, и многолетний цикл повторяется вновь. У разных видов продолжительность полного цикла различна и охватывает период от 2 до 10 лет. Такой тип динамики численности имеют саранча, колорадский жук, обитатели тундры - лемминги. Знание циклов динамики численности видов-вредителей позволяет прогнозировать их массовое появление и рассчитывать время для борьбы с ними.

Устойчивый тип динамики численности характерен для видов с более или менее постоянной численностью в течение длительного периода времени. Этот тип динамики свойствен, как правило, крупным животным с большой продолжительностью жизни, поздним наступлением половозрелости, дающим малочисленное с высокой выживаемостью потомство. Примером могут служить копытные млекопитающие, китообразные, крупные орлы, некоторые пресмыкающиеся.

Изменение численности сопровождается перестройкой возрастной структуры. Когда численность увеличивается, что происходит при наличии достаточного количества необходимых ресурсов (пищи, пространства), отмечается возрастание доли молодых особей (т.е. значительно возрастает рождаемость как абсолютная, так и относительная). Рост численности популяции в конечном счете приводит к уменьшению ресурсов, необходимых особям. Спад численности сопровождается уменьшением доли особей младших возрастов и повышением смертности и продолжается вплоть до наступления следующего благоприятного периода, обусловливающего очередное увеличение численности.

Причины динамики численности. Факторы, вызывающие изменение численности, разнообразны. Их подразделяют на две группы: не зависимые и зависимые от плотности популяции.

К независимым от плотности популяции относят преимущественно абиотические факторы. Они действуют на популяцию при любой ее численности. Например, особо суровые зимы вызывают гибель зимующих особей капустной белянки вне зависимости от того, большое или малое количество особей составляет эту популяцию в данный зимний период. Или наоборот, благоприятные условия зимовки могут способствовать повышению численности особей как в малочисленных популяциях, так и в больших. Следовательно, разнообразные абиотические факторы среды могут вызвать значительные колебания численности популяции.

К зависимым от плотности популяции принадлежат биотические факторы - естественные враги (хищники, паразиты, возбудители болезней) и пищевые ресурсы. Их количество изменяется вместе с изменением численности популяции. Установлено, что как только плотность популяции того или иного вида хищников увеличивается, численность популяции его основной жертвы начинает снижаться. Такой же эффект на популяцию хозяина оказывают и паразиты. Как правило, чем выше плотность популяции, тем сильнее влияние этих факторов. Без них численность популяции могла бы неограниченно увеличиваться, что привело бы к полному уничтожению источников корма. Таким образом, особенность действия факторов зависящих от плотности, заключается в сглаживании резких колебаний численности, благодаря чему численность популяции поддерживается на определенном оптимальном уровне.

Одним из механизмов регулирования численности является плодовитость. Она снижается при уменьшении пищевой обеспеченности, которое наблюдается при увеличении численности популяции. Снижение плодовитости особей приводит к понижению рождаемости, а следовательно, к замедлению темпов роста популяции.

Важную роль в регуляции плотности популяции играют поведенческие факторы, в частности территориальность. Наличие у особей определенного вида своего индивидуального участка, который обозначается разными способами (мочой, секретом пахучих желез, царапинами на деревьях, звуками и др.), ограничивает рост численности их популяций, так как особи, не имеющие собственного участка, не участвуют в размножении.

Таким образом, популяции подвержены воздействию комплекса абиотических и биотических факторов, которые приводят в действие механизмы регуляции их численности. Поэтому в не нарушенных деятельностью человека природных сообществах редко происходит неудержимый рост численности, исчерпание ресурсов и гибель популяций. Численность естественных популяций не остается постоянной, так как изменчивы условия окружающей их среды. Диапазон изменчивости численности различен у разных видов. Он обусловлен степенью изменчивости условий среды обитания, а также биологическими особенностями конкретного вида.

. Сообщества

Сообщество - это совокупность взаимодействующих популяций, занимающих определенную территорию, живой компонент экосистемы. Сообщество функционирует как динамическая единица с различными трофическими уровнями, через него проходит поток энергии и совершается круговорот питательных веществ.

Биогеоценоз - это исторически сложившаяся природная система биотических и абиотических факторов среды. Таким образом, луг, лес, болото, пруд мы можем назвать биогеоценозами. А вот аквариум, каплю воды, пробирку с растущими в ней микробами биогеоценозами называть нельзя - это экосистемы.

Любое сообщество организмов имеет определенную структуру. Под структурой сообщества обычно понимают соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах обмена и круговорота веществ, по месту в пищевой цепи и так далее. Таким образом, структура сообщества включает в себя ряд компонентов, таких как видовая, морфологическая и трофическая структура.

Видовая структура сообщества включает два понятия видовой состав и видовое разнообразие. Обычно в составе сообщества имеется мало видов, представленных большим числом особей и сравнительно много особей встречающихся редко. Чем многочисленнее вид, тем в большей степени он определяет процессы, идущие в сообществе. Некоторые виды, называемые индикаторными, указывают на состояние среды обитания. Во многих пресноводных водоемах, например, индикаторами являются ракообразные.

Второй признак, указывающий на благополучие и устойчивость сообщества - это видовое разнообразие. Чем выше видовое разнообразие, тем больше экологических ниш и тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям среды.

Еще одним важным экологическим свойством сообщества является его морфологическая структура. Морфологическая структура - это его пространственная организация. Понятие морфологическая структура в большей степени относится к фитоценозам, то есть растительным сообществам. Главные или доминирующие формы в растительных сообществах определяют его принадлежность к тому или иному типу растительности. Поскольку виды и жизненные формы существуют совместно, они должны быть все же обособлены. Это выражается в вертикальном и горизонтальном разделении растительной части сообщества на отдельные элементы. Вертикальное разделение фитоценозов выражается в ярусности. Обычно лес в средней полосе насчитывает 4 - 5 ярусов: древесный, кустарниковый, травянистый, лишайниковый или моховой, при этом древесный ярус могут делить на два - высоких и низких деревьев. Малоярусные сообщества луг, степь, болото имеют два - три яруса. Животные, как и растения, также более или менее привязаны к ярусам. Например, разные виды птиц строят гнезда и кормятся в разных ярусах - на земле, в кустарниках, в кронах деревьев. Горизонтальное деление сообщества также отражает неоднородность условий жизни. Особенно это отражается в структуре наземного покрова. Это явление носит название мозаичности.

Трофическая структура сообщества может быть выражена фразой «кто кого ест». В основе любого биоценоза лежат автотрофные организмы. Они способны из неорганических веществ сделать органические. Прежде всего, это растения. Автотрофов в экологии обычно называют первичными продуцентами, что значит производители. Гетеротрофные организмы, которые используют уже готовые вещества, могут быть консументами, то есть потребителями и редуцентами, то есть разрушителями. Консументы могут питаться непосредственно продуцентами, и тогда их называют консументами первого порядка. Если же травоядных животных едят хищники, то эти последние являются консументами второго порядка. Цепь превращений не была бы замкнутой, если бы не существовали живые существа, которые превращают органические вещества в неорганические. Эти организмы называются редуцентами или разрушителями. Иногда в экологической литературе используют другой термин деструкторы. К группе редуцентов относятся бактерии и грибы. Круговорот веществ замыкается. Продуктивность и круговорот веществ во многом определяют будущее сообщества. Продуктивность зависит от двух показателей - воспроизводства и скорости продуцирования биомассы.

Воспроизводство - это способность системы к самообновлению. Если воспроизводство низкое, сообщество довольно быстро гибнет. Воспроизводство, однако, не всегда можно оценить количественно.

Другое дело скорость продуцирования биомассы. Здесь количественные стороны определяются легче. Скорость продуцирования сообщества определяется специальным показателем - продукцией. Под продукцией в экологии понимают суммарную величину приращения биомассы за единицу времени. При определении продуктивности сообщества следует учитывать несколько моментов:

Во-первых, в основе продуцирования сообщества лежит продуктивность автотрофных организмов, продуцентов. Именно их биомасса является ограничивающим фактором, определяющим рост биомассы всего сообщества.

Во-вторых, продуцирование происходит непрерывно, поэтому в наших расчетах, мы должны учитывать число как выживших, так и погибших в течение определенного времени особей.

В-третьих, только в том случае, когда продукция данного трофического уровня покрывает пищевые потребности следующего уровня, экосистема сохраняет устойчивость. Если этого не наблюдается, то сообщество идет по пути выедания ресурсов.

В-четвертых, продукция каждого последующего уровня продуктивности должна быть ниже предыдущего.

Продукция также разделяется на первичную и вторичную.

Первичной продукцией называется биомасса образованная первичными продуцентами. Вторичной продукцией называют биомасса, образованная консументами и редуцентами. В значительной мере, о состоянии сообществ можно судить, проследив за потоками энергии и вещества в сообществах.

Поток вещества и поток энергии в сообществах понятия несколько разные, хотя и параллельные.

Для изучения потока вещества в экосистемах изучают перемещение отдельных химических элементов. Элементы могут циркулировать по экосистеме практически непрерывно. Иное дело энергия. Она согласно второму закону термодинамики может быть использована только один раз. Потери энергии на разных ступенях экосистемы неизбежны. Таким образом, существование живых систем невозможно без постоянного притока энергии. Фактически, единственным источником энергии для всего живого на Земле является энергия Солнца. Анализ показывает, что в лучшем случае лишь одна двадцатая часть энергии Солнца запасается зелеными растениями в виде биохимической энергии, а большая часть теряется в виде тепла на испарение. А ведь и запасы природного газа нефти, угля - это продукты жизнедеятельности организмов! Таким образом, человечество полностью зависит от продуктивности экосистем. Все организмы в сообществе связаны между собой пищевыми и энергетическими потоками. Эти взаимоотношения выражаются в таких экологических понятиях, как пищевая цепь и пирамида численности и биомассы. Количество энергии в каждом новом звене цепи питания неуклонно падает. Во-первых, действуют физические причины и, прежде всего, 2-й закон термодинамики. Во-вторых, неизбежны и биохимические потери, так как не все получаемые гетеротрофными организмами вещества ими усваиваются. Наконец, в-третьих, есть и чисто экологическая причина: хищники никогда не уничтожают все объекты своей охоты, так как это вело бы к их гибели. Поэтому между различными звеньями цепей питания существуют определенные количественные отношения.

Соотношение численности или биомассы живых организмов, занимающих разное положение в пищевой цепи, называют пирамидами численности и биомассы.

Пирамида численности - это количественное отражение плотности особей на каждом трофическом уровне. Пирамида биомассы отражает их биомассу в сообществе.

Пирамиды численности могут быть прямыми и перевернутыми. Если скорость воспроизводства жертвы достаточно высока, то даже при достаточно низкой биомассе, такая популяция может быть достаточным источником для хищников, имеющих высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства. Это так называемая прямая пирамида.

Если низшие трофические уровни имеют меньшую плотность и биомассу, чем высшие, то получается перевернутая пирамида.

Энергетические цепи сообществ также бывают разные. Различают два типа таких цепей: пастбищные и детритные пищевые цепи. Первый тип пищевых цепей - это последовательный ряд, идущий от растений - продуцентов к консументам разных порядков. Второй тип цепей - цепи разложения, где ведущую роль играют редуценты.

Иногда выделяют третий тип цепей, называемый паразитическими цепями. В этом случае рассматриваются взаимоотношения паразит - жертва.

. Сукцессии сообществ

Одним из первых теорию сукцессий разработал Ф. Клементс и развил В.Н. Сукачёв, а затем С.М. Разумовский.

Закономерный и последовательный процесс смены сообществ на определенном участке, вызванный взаимодействием живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой, называется сукцессией (от лат. successio - наследие, смена поколений, последовательность).

Каждый живой организм в результате жизнедеятельности меняет вокруг себя среду, изымая из нее часть веществ и насыщая ее продуктами метаболизма. В ходе сукцессии на основе конкурентных взаимодействий видов происходит постепенное формирование более устойчивых комбинаций, соответствующих конкретным абиотическим условиям среды.

Сукцессии со сменой растительности могут быть первичными; они начинаются на лишенных жизни местах, и вторичными - восстановительными.

Сукцессии любого масштаба и ранга характеризуются целым рядом общих закономерностей, многие из которых чрезвычайно важны для практической деятельности человека. В любой сукцессионной серии темпы происходящих изменений постепенно замедляются и заканчиваются формированием устойчивой стадии - климаксового сообщества. С энергетических позиций сукцессия - такое неустойчивое состояние сообщества, которое характеризуется неравенством двух показателей: обшей продуктивности и энергетических трат всей системы на поддержание обмена веществ.

В ходе сукцессии общая биомасса сообщества сначала возрастает, но затем темпы этого прироста снижаются, и на стадии климакса биомасса системы стабилизируется.

Пока нарушения не превышают восстановительной способности экосистемы (соблюдается принцип Ле Шателье), она может вернуться к исходному состоянию. Этим пользуются, например, при рациональном планировании рубок леса. Но если интенсивность воздействия выходит за рамки этих возможностей, то первоначально устойчивое, богатое видами сообщество постепенно деградирует, сменяясь другим.

Вырубка леса на локальных участках с оставлением части территории под коренными типами лесной растительности вызывает ускоренные сукцессии, исходные фитоценозы восстанавливаются за относительно короткий срок - несколько десятилетий.

Таким образом, сообщество не может одновременно сочетать два противоположных свойства: быть высокостабильным и давать большой выход чистой продукции, которую можно было бы изымать без вреда для самого сообщества.

Если развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее не заселенных местообитаниях (субстратах), где растительность отсутствовала - на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессия называется первичной.

В качестве примера первичной сукцессии можно привести процесс заселения вновь образованных песчаных дюн, где растительность прежде отсутствовала. Здесь вначале поселяются многолетние растения, способные переносить засушливые условия, например пырей ползучий. Он укореняется и размножается на зыбучем песке, укрепляет поверхность дюны и обогащает песок органическими веществами. Физические условия среды, находящейся в непосредственной близости от многолетних трав, изменяются. Вслед за многолетниками появляются однолетники. Их рост и развитие часто способствуют обогащению субстрата органическим материалом, так что постепенно создаются условия, подходящие для произрастания таких растений, как ива, толокнянка, чабрец. Эти растения предшествуют появлению проростков сосны, которые закрепляются здесь и, подрастая, через много поколений образуют сосновые леса на песчаных дюнах.

Если на определенной местности ранее существовала растительность, но по каким-либо причинам она была уничтожена, то ее естественное восстановление называется вторичной сукцессией. К таким сукцессиям может привести, например, частичное уничтожение леса болезнями, ураганом, извержением вулкана, землетрясением либо пожаром. Восстановление лесного биоценоза после таких катастрофических воздействий происходит в течение длительного времени.

Примером вторичной сукцессии является образование торфяного болота при зарастании озера. Изменение растительности на болоте начинается с того, что края водоема зарастают водными растениями. Влаголюбивые вилы растений (камыш, тростник, осока) начинают разрастаться вблизи берегов сплошным ковром. Постепенно на поверхности воды создается более или менее плотный слой растительности. Отмершие остатки растений накапливаются на дне водоема. Из-за малого количества кислорода в застойных водах растения медленно разлагаются и постепенно превращаются в торф. Начинается формирование болотного биоценоза. Появляются сфагновые мхи, на сплошном ковре которых произрастают клюква, багульник, голубика. Здесь же могут поселяться сосенки, образуя редкую поросль. С течением времени формируется экосистема верхового болота.

Большинство сукцессий, наблюдаемых в настоящее время, антропогенные, т.е. они происходят в результате воздействия человека на природные экосистемы. Это выпас скота, рубка лесов, возникновение очагов возгорания, распашка земель, затопление почв, опустынивание и т.п.

. Экологические факторы

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живой организм. Организм реагирует на действие экологических факторов приспособительными реакциями. Экологические факторы определяют условия существования организмов.

. Абиотические факторы - это совокупность факторов неживой природы, влияющих на жизнь и распространение живых организмов. Среди них различают:

.1. Физические факторы - такие факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (например, температура, давление, влажность, движение воздуха и др.).

.2. Химические факторы - такие факторы, которые обусловлены химическим составом среды (соленость воды, содержание кислорода в воздухе и др.).

.3. Эдафические факторы (почвенные) - совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений (влажность, структура почвы, содержание биогенных элементов и др.).

. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую компоненту среды обитания.

.1. Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организмами на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.

.2. Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными видами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными. Соответственно, обозначим характер воздействия +, - или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:

нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);

+0 комменсализм - один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже; (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);

аменсализм - один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения; (светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это безразлично);

++ симбиоз - взаимовыгодные отношения:

мутуализм - виды не могут существовать друг без друга; инжир и опыляющие его пчелы; лишайник;

протокооперация - совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания; опыление пчелами разных луговых растений;

- конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; (растения конкурируют между собой за свет и влагу, т.е. когда используют одни и те же ресурсы, тем более, если они недостаточны);

+ - хищничество - хищный вид питается своей жертвой;

+ - паразитизм - паразит тормозит рост и развитие своего хозяина и может вызвать его гибель.

.3. Воздействие на неживую природу (микроклимат). Например, в лесу под влиянием растительного покрова создаётся особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создаётся свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда создаётся также в кроне деревьев, в норах, в пещерах и т. п.

. Антропогенные факторы - факторы, порожденные деятельностью человека и воздействующие на окружающую природную среду: непосредственное воздействие человека на организмы или воздействие на организмы через изменение человеком их среды обитания (загрязнение окружающей среды, эрозия почв, уничтожение лесов, опустынивание, сокращение биологического разнообразия, изменение климата и др.). Выделяют следующие группы антропогенных факторов:

.  изменение структуры земной поверхности;

.  изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в нее вещества;

.  изменение энергетического и теплового баланса отдельных участков и регионов;

.  изменения, вносимые в биоту.

Существует и другая классификация экологических факторов. Большинство факторов качественно и количественно изменяется во времени. Например, климатические факторы (температура, освещённость и др.) меняются в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими.

Влияние экологических факторов на живые организмы характеризуется некоторыми количественными и качественными закономерностями.

Немецкий агрохимик Ю. Либих, наблюдая за влиянием на растения химических удобрений, обнаружил, что ограничение дозы любого из них ведет к замедлению роста. Эти наблюдения позволили ученому сформулировать правило, которое носит название закона минимума (1840 г.).

Закон минимума: жизненные возможности организма (урожай, продукция) зависят от фактора, количество и качество которого близко к необходимому организму или экосистеме минимуму (несмотря на то, что другие факторы могут присутствовать в избытке и не использоваться в полной мере).

Те же самые вещества, находясь в избытке, также снижают урожай. Продолжая исследования, в 1913 г. американский биолог В. Шелфорд сформулировал закон толерантности.

Закон толерантности: жизненные возможности организма определяются экологическими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме, то есть определять жизнеспособность организма может как недостаток, так и избыток экологического фактора. Например, недостаток воды затрудняет ассимиляцию минеральных веществ растением, а избыток вызывает гниение, закисание почвы.

Факторы, сдерживающие развитие организма из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием), называются лимитирующими.

В характере воздействия экологических факторов на организм и в ответных реакциях можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма.

На рисунке по оси абсцисс отложена интенсивность фактора (например, температура, освещенность и т.д.), а по оси ординат - реакция организма на воздействие экологического фактора (например, скорость роста, продуктивность и т.д.).

Диапазон действия экологического фактора ограничен пороговыми значениями (точки А и Г), при которых еще возможно существование организма. Это нижняя (А) и верхняя (Г) границы жизнедеятельности. Точки Б и В соответствуют границам нормальной жизнедеятельности.

Действие экологического фактора характеризуется наличием трех зон, образованных характерными пороговыми точками:

- зона оптимума - зона нормальной жизнедеятельности,

- зоны стресса (зона минимума и зона максимума) - зоны нарушения жизнедеятельности вследствие недостатка или избытка фактора,

- зона гибели.

Схема действия экологического фактора на живые организмы:

- оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, 2 - зона пониженной жизнедеятельности (угнетение), 3 - зона гибели

При минимуме и максимуме фактора организм может жить, но не достигает расцвета (стрессовые зоны). Диапазон между минимумом и максимумом фактора определяет величину толерантности (устойчивости) к данному фактору (толерантность - способность организма выносить отклонения значений экологических факторов от оптимальных для него).

. Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы.

Выделяют следующие основные абиотические факторы:

световой режим (освещенность);

температурный режим (температура);

водный режим (влажность),

кислородный режим (содержание кислорода);

физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).

Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.

Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» - растение), -филы (от «филео» - люблю), -трофы (от «трофе» - пища), -фаги (от «фагос» - пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы - по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы - по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги - по отношению к животным, а также некоторым вирусам.

Световой режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений:

.        гелиофиты - светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний).

.        сциофиты - тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов).

.        факультативные гелиофиты - теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично - признаками сциофитов.

Температурный режим. Повышение устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением нагреваемой площади, образованием толстой корки (существуют растения-пирофиты, которые способны переносить пожары).

Животные осуществляют регуляцию температуры тела различными способами:

биохимическая регуляция - изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;

физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи;

В зависимости от климатических условий у близких видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана - если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид обитает в более холодных условиях, а мелкий - в теплом климате. Правило Аллена - если два близких вида животных обитают в разных климатических условиях, то отношение поверхности тела к объему тела уменьшается с продвижением в высокие широты.

Водный режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся на пойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:

.        гидатофиты - растения, погруженные в воду; без воды они быстро погибают;

.        гидрофиты - растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном поглощении воды;

.        гигрофиты - требуют влажных почв и высокой влажности воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания;

.        мезофиты - требуют умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая и неоднородная группа растений;

.        ксерофиты - растения, способные добывать влагу при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду;

.        суккуленты - растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых);

В ряде случаев вода имеется в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая соленость или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).

Животные по отношению к воде делятся на следующие экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.

Сокращение потерь воды достигается различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот - сероза, амнион и аллантоис.

Химические свойства среды.

Кислородный режим. По отношению к содержанию кислорода все организмы делятся на аэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде).

Содержание доступных элементов минерального питания наиболее важно для растений. По отношению к валовому содержанию элементов минерального питания выделяют следующие экологические группы растений:

.        олиготрофные - нетребовательны к содержанию элементов минерального питания в почве;

.        эутрофные, или мегатрофные - требовательны к плодородию почв; среди эутрофных растений выделяются нитрофилы, требующие высокого содержания в почве азота;

.        мезотрофные - занимают промежуточное положение между олиготрофными и мегатрофными растениями.

Среди организмов, всасывающих готовые органические вещества всей поверхностью тела (например, среди грибов), различают следующие экологические группы:

Подстилочные сапротрофы - разлагают подстилку.

Гумусовые сапротрофы - разлагают гумус.

Ксилотрофы, или ксилофилы - развиваются на древесине (на мертвых или ослабленных частях растений).

Копротрофы, или копрофилы - развиваются на остатках экскрементов.

Кислотность почвы (рН) также важна для растений. Различают ацидофильные растения, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица), кальциефильные, или базофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна) и растения, нетребовательные к рН почвы (сосна, березы, тысячелистник, ландыш).

. Биотические факторы

К биотическим факторам относятся разнообразные способы взаимодействия организмов между собой. Все взаимодействия организмов можно разделить на внутривидовые и межвидовые, прямые и косвенные.

Различают множество типов парных взаимодействий:

. Трофические - связанные с питанием и потоками энергии:

прямые: взаимодействия «хищник-жертва», «паразит-хозяин»;

косвенные: конкуренция; трофический симбиоз.

. Топические - связанные с изменением условий обитания:

прямые топические: одни организмы изменяют среду обитания для других;

форические: перенос организмов одного вида организмами другого вида;

фабрические: организмы (или их части) одного вида используются организмами другого вида как строительный материал.

. Информационно-сигнальные - связанные с передачей информации:

реципрокный альтруизм (взаимопомощь);

мимикрия (миметизм, или подражание).

Биотические связи для разных групп организмов могут быть благоприятными (+), неблагоприятными (-) и нейтральными (0). Выделяют следующие типы парных межвидовых биотических взаимодействий:

Конкуренция

Конкуренция возникает при взаимодействии популяций со сходным экологическим спектром, при наличии общих доступных ресурсов. Существует множество типов конкуренции. Прямая (интерференционная) конкуренция возникает при непосредственном контакте конкурирующих организмов. Косвенная (эксплуатационная) конкуренция возникает в результате уменьшении объема доступного ресурса. В сообществах конкурентные отношения существуют одновременно между несколькими видами. Тогда возникает диффузная конкуренция, то есть, конкуренция, обусловленная влиянием на популяцию всех видов, входящих в состав сообщества.

В лабораторных условиях (в смешанных популяциях разных видов инфузорий-туфелек) был доказан принцип конкурентного исключения (правило Гаузе, или закон Гаузе): два вида не могут занимать одну экологическую нишу - в результате конкуренции в данной нише сохраняется только один, наиболее конкурентоспособный вид. Популяции менее конкурентоспособных видов «уходят» от конкуренции, формируя новые системы связей с окружающей их средой, новые экологические ниши. Таким образом, конкуренция способствует формированию новых экологических связей, образованию новых экологических ниш и, в конечном итоге, повышает уровень биологического разнообразия в сообществах. Рост численности конкурирующих популяций описывается системой уравнений Лотки-Вольтерра. Решение этой системы уравнений позволяет найти численности обеих популяций, при которых они могут существовать длительное время.

Симбиотические взаимодействия

К симбиотическим межвидовым взаимодействиям в узком смысле слова относятся мутуализм (облигатные взаимодействия ++), протокооперация (факультативные взаимодействия ++) и комменсализм (взаимодействия +0). В широком смысле к симбиотическим связям могут относиться и более сложные взаимодействия, например, реципрокный (взаимный) паразитизм.

Мутуализм - это форма симбиоза, при которой два разных организма получают преимущество от совместного существования - такой тип взаимодействий называется реципрокным. Мутуализм относится к облигатным (обязательным) взаимодействиям, поскольку ни один из пары организмов не может существовать без партнера. Примерами трофического мутуализма служат взаимоотношения между термитами и обитающими в их кишечнике многожгутиковыми простейшими, между жвачными парнокопытными и обитающими в их желудке инфузориями.

Протокооперация относится к факультативным (необязательным) взаимодействиям, поскольку оба партнера могут существовать друг без друга. Примерами протокооперации служат: симбиоз актинии и рака-отшельника, симбиоз между человеком и обитающими в его кишечнике непатогенными бактериями, наличие сходной предостерегающей окраски у разных защищенных видов насекомых, например, черно-желто-полосатая окраска тела ос, пчел и шмелей (мюллеровская мимикрия).

Комменсализм - форма взаимодействий, при которой организм-комменсал использует организм хозяина как местообитание, но не вступает с ним в тесные метаболические взаимодействия. Как правило, комменсал получает выгоду от сотрудничества, а вид-хозяин при этом не страдает.

Примеры комменсализма:

комменсал обитает в жилище хозяина (например, некоторые черви-нереиды поселяются в раковинах, занятых раками-отшельниками);

комменсал находит у хозяина защиту от других организмов (например, мелкие рыбы находят защиту между щупальцами кишечнополостных);

комменсал использует остатки пищи, которой питается хозяин, или пищу, которая сопутствует хозяину (например, многие птицы питаются насекомыми, которых вспугивают пасущиеся копытные).

К сложным симбиотическим взаимодействиям относятся: взаимодействие между грибом и водорослью в теле лишайника, взаимодействия между проростками орхидей и грибами, между заростками плаунов и грибами.

Симбиотические взаимодействия также описываются уравнениями Лотки-Вольтерра.

Отношения «хищник-жертва» («продуцент-консумент»)

Этот тип межвидовых взаимодействий отличается асимметрией. Популяция жертвы может существовать без популяции хищника, но популяция хищника не может существовать без популяции жертвы. Увеличение численности жертвы расширяет ресурсную базу хищника, а увеличение численности хищника является элиминирующим фактором для жертвы.

Поэтому взаимодействие «хищник-жертва» носит периодический характер и описывается системой уравнений Лотки-Вольтерра, в которые вводятся константы хищничества. Устойчивость системы «хищник-жертва» основана на системе обратных связей.

Положительные обратные связи означают, что при увеличении численности жертвы возрастает численность хищника, а при уменьшении численности жертвы численность хищника уменьшается.

Отрицательные обратные связи означают, что при увеличении численности хищника численность жертвы уменьшается, а при уменьшении численности хищника численность жертвы увеличивается.

При наличии специализированных хищников связь между популяцией жертвы и популяцией хищника оказывается более тесной. Если же хищник менее специализирован (полифаг), то взаимозависимость между популяциями выражена слабее.

Отношения «паразит-хозяин»

Паразитизм - это форма взаимоотношений, при которой организм-паразит использует хозяина и как местообитание, и как источник пищи. При истинном паразитизме метаболические системы паразита и хозяина неразрывно связаны.

Различают следующие виды паразитизма:

а) экзопаразитизм и эндопаразитизм - в первом случае паразит находится на поверхности тела хозяина, во втором случае - внутри тела хозяина;

б) облигатный и факультативный - в первом случае паразит не может существовать без хозяина, во втором случае - способен и к самостоятельному существованию (например, используя трупы хозяев или отходы их жизнедеятельности);

в) временный и стационарный - в первом случае паразит нападает на хозяина только для питания, во втором случае - проводит на хозяине большую часть жизни.

При паразитизме во многих случаях наблюдается смена хозяев. Разным стадиям жизненного цикла паразитов часто соответствуют разные (обычно строго определенные) хозяева.

Численность популяций при взаимодействиях «паразит-хозяин» также регулируется системой обратных связей. Но в отличие от хищников паразиты любого типа оказывают меньшее влияние на численность эксплуатируемой популяции, но зато сами паразиты вследствие специализации гораздо сильнее зависят от эксплуатируемой популяции, чем хищник от жертвы. Поэтому амплитуда колебаний численности паразита более тесно связана с амплитудой колебаний численности хозяина, но фазовый сдвиг значительно меньше, чем в системе «хищник-жертва».

. Человек и природа

Еще сто лет тому назад Академик В.И. Вернадский развил теорию единства человека и биосферы, включающей в себя верхний слой земной коры с растительным и животным миром, а также гидросферу и атмосферу с их обитателями. Впоследствие Д. Лавлок пошел еще дальше и предложил считать планету Земля со всеми ее обитателями единым живым организмом. Для него Земля является саморегулируемой системой, обладающей многими обратными связями. Сегодня уже многие видные ученые - геофизики, климатологи, экологи, биологи и другие полностью разделяют взгляды Вернадского-Лавлока и рассматривают нашу планету как высокоорганизованный, энергонасыщенный и самонастраиваемый единый организм, в котором мы являемся высокоактивной частью. Однако, к сожалению, большая часть общества еще далека от таких взглядов. Человек оторвался от единства с природой, объявив себя хозяином планеты. Развил хищническое, ничем не обоснованное потребление земных ресурсов, приводящее к катастрофическим последствиям.

Примеров тому достаточно. Это и добыча нефти на морском шельфе, и выработка подземных ископаемых, приводящая к образованию коллоссальных пустот c последующими провалами в земле и даже с локальными землетрясениями. Совершенно непродуманное отношение к водным и лесным ресурсам планеты, ведущее к острому дефициту пресной воды. Резкое сокращение сельхозземель, вызывающее в итоге нехватку продовольствия. Уничтожение растительного покрова, дающего приток кислорода в атмосферу и т.д. Случившаяся авария в мексиканском заливе, по мнению ведущих ученых климатологов, способствовала, в конечном итоге, резкому изменению климата на всей планете. Негативные последствия этой аварии на экологию и экономику будут только нарастать. Данные примеры наглядно демонстрируют противоположность интересов индивидума и общества в планетарном масштабе. Нарушается существовавший сотни тысяч лет баланс взаимоотношений между человеком и природой, обеспечивающий комфортность существования его как вида.

Окружающая среда в жизнедеятельности человека является определяющим фактором, а человек со своей стороны выступает как активный элемент, видоизменяющий окружающую среду. Поддержание баланса всех систем жизнеобеспечения человека является первостепенной задачей его выживания. Однако в последние десятилетия нарушение баланса, необходимого для комфортного существования, принимает все более угрожающий характер. Так, например, модифицированные продукты питания, загрязненные питьевая вода и воздух в конечном итоге приводят к генетическим мутациям человеческого организма. К этому необходимо добавить исчезновение животных и растительных видов, являющихся на протяжении тысячелетий жизненно необходимым источником существования человека.

Все наши беды - продукт нашего эгоистического сознания, направленного лишь на удовлетворение своих гипертрофированных желаний. В результате человеческий фактор становится причиной катастрофического хода процесса перемен на планете. Если учесть, что психическая энергия весьма действенна, то не приходится удивляться, что наша частная реакция, а тем более массовая, непосредственно вызывает эффекты планетарного масштаба. Сегодня мир стоит на распутье: либо пойти путём осознания и исправления, либо подвергнуться тяжким страданиям.

. Экологический кризис

Революционные изменения в биосферных процессах, которые начались в XX веке, привели к бурному развитию энергетики, машиностроения, химии, транспорта, к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. Последствия антропогенной деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

Использование термина «экологический кризис» для обозначения экологических проблем учитывает тот факт, что человек является частью экосистемы, которая видоизменяется в результате его деятельности (прежде всего производственной). Природные и общественные явления представляют собой единое целое, и их взаимодействие выражается в разрушении экосистемы.

Сейчас уже очевидно для всех, что экологический кризис - понятие глобальное и общечеловеческое, касающееся каждого из живущих на Земле людей.

Далеко не полный список негативных явлений, свидетельствующих об общем неблагополучии:

.        глобальное потепление, парниковый эффект, сдвиг климатических зон;

.        озоновые дыры, разрушение озонового экрана;

.        сокращение биологического разнообразия на планете;

.        глобальное загрязнение окружающей среды;

.        неутилизируемые радиоактивные отходы;

.        водная и ветровая эрозия и сокращение площадей плодородных почв;

.        демографический взрыв, урбанизация;

.        истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;

.        энергетический кризис;

.        резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;

.        недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей части населения планеты;

.        истощение и загрязнение ресурсов Мирового океана.

Общая экономическая нагрузка на экологические системы зависит от трех факторов: численности населения, среднего уровня потребления и широкого применения различных технологий. Снизить степень ущерба, наносимого окружающей среде обществом потребителей, можно, изменив сельскохозяйственные модели, транспортные системы, методы городского планирования, интенсивность потребления энергоресурсов, пересмотрев промышленные технологии и т.п. К тому же при изменении технологий может быть снижен уровень материальных запросов. И это постепенно происходит вследствие удорожания жизни, что напрямую связано с экологическими проблемами.

Суть экологической угрозы заключается в том, что всевозрастающее давление на биосферу антропогенных факторов может привести к полному разрыву естественных циклов воспроизводства биологических ресурсов, самоочищения почвы, вод, атмосферы. Это вызовет резкое и стремительное ухудшение экологической обстановки, что может повлечь за собой гибель населения планеты. Уже сейчас экологи предупреждают о нарастании парникового эффекта, расползании озоновых дыр, выпадении все большего количества кислотных осадков и т.д. Перечисленные отрицательные тенденции в развитии биосферы постепенно приобретают глобальный характер и представляют угрозу для будущего человечества.

. Ресурсы (возобн., невозобн.)

Природные ресурсы - естественные ресурсы: тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества.

Природные ресурсы - совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и которые используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества.

По происхождению:

Ресурсы природных компонентов (минеральные, климатические, водные, растительные, почвенные, животного мира)

Ресурсы природно-территориальных комплексов (горно-промышленные, водохозяйственные, селитебные, лесохозяйственные)

По видам хозяйственного использования:

Ресурсы промышленного производства

) Энергетические ресурсы (Горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресурсы, биотопливо, ядерное сырье)

) Неэнергетические ресурсы (минеральные, водные, земельные, лесные, рыбные ресурсы)

Ресурсы сельскохозяйственного производства (агроклиматические, земельно-почвенные, растительные ресурсы - кормовая база, воды орошения, водопоя и содержания)

По виду исчерпаемости:

Исчерпаемые

) Невозобновляемые (минеральные, земельные ресурсы)

) Возобновляемые (ресурсы растительного и животного мира)

) Не полностью возобновляемые - скорость восстановления ниже уровня хозяйственного потребления (пахотно пригодные почвы, спеловозрастные леса, региональные водные ресурсы)

Неисчерпаемые ресурсы (водные, климатические)

По степени заменимости:

Незаменимые

Заменимые

По критерию использования:

Производственные (промышленные, сельскохозяйственные)

Потенциально-перспективные

Рекреационные (природные комплексы и их компоненты, культурно-исторические достопримечательности, экономический потенциал территории)

К невозобновимым природным ресурсам относятся те из них, которые абсолютно не восстанавливаются или восстанавливаются в сотни тысяч и миллионы раз медленнее, чем идет их использование. К таким ресурсам принадлежит большинство полезных ископаемых - каменный уголь, нефть, торфяники, многие осадочные породы. Использование этих ресурсов неминуемо ведет к их истощению.

Охрана невозобновимых природных ресурсов сводится к рациональному, экономному использованию, борьбе с потерями при добывании, перевозке, обработке и применении, а также к поиску заменителей.

К возобновимым природным ресурсам принадлежат прежде всего биологические ресурсы - растительность, животный мир, а также почва, некоторые минеральные ресурсы, например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах.

Эти ресурсы по мере использования постоянно восстанавливаются. Однако для сохранения их способности к восстановлению нужны определенные естественные условия. Нарушение этих условий задерживает или вовсе прекращает процесс самовосстановления, что следует учитывать при использовании возобновимых природных ресурсов. Процессы восстановления протекают с определенной скоростью для разных ресурсов.

. Лесные, водные, земельные ресурсы

Природные ресурсы - основа первичного сектора экономики, ведущего сбор промышленного и сельскохозяйственного сырья и первичную его переработку для последующего потребления.

Природные ресурсы включают:

. Минеральные

. Земельные

. Лесные

. Водные запасы

. Ресурсы Мирового океана

Ресурсообеспечение выражается соотношением между величиной природных ресурсов и размерами их использования.

Минеральные ресурсы - это совокупность специфических форм минеральных веществ в земной коре, являющихся источником энергии, различных материалов, химических соединений и элементов.

Происходит переход мировой экономики с экстенсивного пути развития на интенсивный, сокращающий энерго- и материалоемкость мирового хозяйства. В то же время высокая обеспеченность минеральными ресурсами хозяйства той или иной страны или их дефицит в конечном счете не являются фактором, определяющим уровень социально-экономического развития. Во многих странах наблюдаются существенные разрывы между уровнем развития производительных сил и обеспеченностью материально-сырьевыми ресурсами (например, в Японии и России).

Земельные ресурсы

Земельные ресурсы, почвенный покров - основа сельскохозяйственного производства. Вместе с тем лишь 1/3 земельного фонда планеты - это сельскохозяйственые угодья (4783 млн.га), то есть земли, используемые для производства продуктов питания и сырья для промышленности.

Сельскохозяйственные угодья представляют собой пашни, многолетние насаждения (сады), естественные луга и пастбища. В настоящее время в мире на пашни приходится около 11% всей площади суши (1350 млн. га) и 24% суши (3335 млн. га) используются в животноводстве. Страны, обладающие наибольшими массивами пахотных земель (млн. га): США - 186, Индия - 166, Россия - 130.

Если в развитых странах рост урожайности и продуктивности, сельскохозяйственного производства во многом обеспечивается за счет экстенсивного использования земель, то большая часть наиболее доступных и плодородных земель уже заняты под сельскохозяйственным производством, а те, что остались - малоплодородны.

Лесные ресурсы

Лесами занято около 4 млрд. га земель (около 30% суши). Четко прослеживается два лесных пояса: северный с преобладанием хвойных пород деревьев и южный (главным образом тропические леса развивающихся стран).

В развитых странах в последние десятилетия в основном из-за кислотных дождей поражены леса на территории около 30 млн. га. Это снижает качество их лесных ресурсов. До 11-12 млн. га в год вырубаются под пашни и пастбища, к тому же наиболее ценные породы леса экспортируются в развитые страны. Древесина остается также основным энергоносителем этих стран - 70% всего населения используют древесину как топливо при приготовлении пищи и обогреве жилищ.

Уничтожение лесов имеет катастрофические последствия: сокращается поступление кислорода в атмосферу, усиливается парниковый эффект, меняется климат.

России сосредоточено около 60% лесов умеренных широт, однако для промышленного использования пригодно 53% всех лесов станы.

Водные ресурсы

Рациональное использование водных ресурсов, в особенности пресноводных, - одна из острых глобальных проблем мирового хозяйства.

Около 60% общей площади суши на Земле приходится на зоны, где нет достаточного количества пресной воды. Четвертая часть человечества ощущает ее недостаток, а еще свыше 500 млн. жителей страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды.

Большая часть вод на земном шаре - это воды Мирового океана - 96% (по объему). На подземные воды приходится около 2%, на ледники - тоже около 2% и только 0,02% приходится на поверхностные воды материков (реки, озера, болота). Запасы же пресных вод составляют 0,6% от всего объема вод. Современное потребление воды в мире - 3500 куб. км в год, т. е. воды на каждого жителя планеты приходится по 650 куб. м в год.

Пресная вода в основном используется в промышленности - 21% и сельском хозяйстве - 67%. Воды Мирового океана не пригодны не только для питья, но и для технологических нужд, несмотря на достижения современной технологии.

. Невозобновляемые ресурсы

Ресурсы, не восстанавливающиеся самостоятельно и не восстановимые искусственно. К невозобновляемым ресурсам относятся горючие полезные ископаемые (нефть, природный газ, уголь, торф), руды металлов, благородные металлы и строительные материалы (глины, песчаники, известняки). Чем больше их человечество добывает и использует, тем меньше остается следующим поколениям.

Причины сокращения земельного фонда:

.        природные

.        экологические

.        экономические

К природным причинам можно отнести наступление моря на сушу, опустынивание, наступание песков в пустынных районах.

В основе экологических причин лежит неправильное ведение сельского хозяйства, приводящее к засолению и заболачиванию земель, вырубка лесов. Мелиоративные работы, кажущиеся полезным занятием, также наносят ущерб земельному фонду.

Экономические причины - это строительство городов, линий электропередач, дорог, прокладка трубопроводов, каналов, создание водохранилищ, карьеров.

Для увеличения запасов сторонники защиты окружающей среды предлагают увеличить долю рециркуляции и повторного использования невозобновимых минеральных ресурсов и снизить неоправданные потери таких ресурсов. Рециркуляция, вторичное использование и снижение количества отходов требует для своей реализации меньше энергетических затрат и в меньшей степени разрушают почву и загрязняют воду и воздух, чем использование первичных ресурсов.

Невозобновляемые исчерпаемые природные ресурсы называют минеральным сырьем и ископаемым топливом. В целом минеральные ресурсы - совокупность пригодных для добы­вания и использования вещественных составляющих лито­сферы. Минеральное сырье и ископаемое топливо используют в хозяйстве как сырье или как источник энергии.

Мировые запасы нефти в 1997 г. оценивались в 1016 млрд баррелей. Это значит, что к 2020 г. разведанные запасы нефти на Земле будут исчерпаны. Возможно, этот прогноз не точен (добычу нефти сокращают, заменяя ее газом), но даже с от­крытием новых месторождений истощение запасов нефти ото­двинется лишь на 10-20 лет.

Газа на Земле намного больше, чем нефти, но при современных темпах потребления его едва ли хватит до 2050 г. За­пасы газа, по оценкам специалистов, примерно составляют 350 трлн. м3 (в том числе разведано 136 трлн. м3). Прогнозируемое на 2010 г. мировое потребление газа около 3,5 трлн. м3 в год; отсюда следует, что разведанные запасы могут иссякнуть примерно через 40 лет (почти одновременно с нефтью). Добыча газа с каждым годом обходится все дороже.

Поскольку рост добычи полезных ископаемых опережает прирост разведанных запасов, можно ожидать, что к 2000- 2005 гг. будет исчерпана сырьевая база на 40-45% добывающих предприятий, и Россия из экспортера минерального сырья превратится в импортера.

С развитием общества различные виды производства рас­ширяются и количество сырья, которое используется, тоже увеличивается. Каждые 10-12 лет расход сырья увеличивается приблизительно в 2 раза.

. Загрязнения. Деятельность человека

Загрязнение - это принесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение их естественного среднемноголетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям.

Физические загрязнения - это изменения тепловых, электрических, радиационных, световых полей в естественной среде, шумы, вибрации, гравитационные силы, вызванные человеком.

Механические загрязнения - это разные твердые частицы и предметы (выброшенные как непригодные, сработанные, изъятые из потребления).

Химические загрязнения - тверди, газообразные и жидкие вещества, химические элементы и соединения искусственного происхождения, которые поступают, - в биосферу, в нарушение

установлены природой процессы круговорота веществ и энергии.

Биологические загрязнения - разные организмы, которые появились благодаря жизнедеятельности человечества, - бактериологическое оружие, новые вирусы (возбудители спида, болезни легионеров, эпидемий, других болезней, а также катастрофическое размножение растений или животных, переселенных из одной среды в другое человеком или случайно. Поскольку выше уже была дана характеристика некоторых загрязнителей окружающей среды, мы должны остановиться на наиболее характерных для нашего государства.

В условиях научно-технического прогресса значительно осложнились взаимодействия общества с природой. Человек получил возможность влиять на ход естественных процессов, покорил силы природы, начал овладевать почти все доступные восстановительные и невосстановительные природные ресурсы, но вместе с тем загрязнять и разрушать окружающую среду.

До конца XX в. загрязнение окружающей среды отходами, выбросами, стоковыми водами всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов приобрело глобальный характер и поставило человечество на грань экологической катастрофы.

Источники загрязнения очень разнообразны: среди них не только промысловые предприятия и топливно-энергетический комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, которые человек целеустремленно вводит к экосистеме для защиты полезных продуцентов и консументов от вредителей, болезней и зарастал бурьяном.

Среди ингредиентов загрязнения - тысячи химических соединений, особенно тяжелые металлы и окислы, токсичные вещества и аэрозоли. Разные источники выбросов могут быть одинаковыми за составом и характером загрязняющих веществ.

Так углеводороды поступают в атмосферу и при сжигании топлива, и от нефтеперерабатывающей промышленности, и от газодобывающей промышленности.

. Загрязнение атмосферы

Атмосфера земли является газовой оболочкой планеты. Данная оболочка имеет послойное строение и относительно стабильный газовый состав. Атмосферный воздух включает азот (более 78%), кислород (более 20%) и около 1% других газов, в том числе углекислого газа, неона, аргона, метана, гелия, водорода, т.д. Воздух - это наиболее важная природная среда, без которой невозможно существование жизни на планете.

В настоящее время вследствие хозяйственной деятельности человека происходит интенсивное загрязнение атмосферы. Это искусственное, или антропогенное загрязнение. Также ученые выделяют естественное загрязнение воздушной оболочки в связи с воздействием факторов неживой природы.

Понятие «загрязнение атмосферы» подразумевает привнесение в воздух каких-либо не характерных для него химических, физических и биологических веществ, либо повышение их концентрации. Соответственно, загрязнение может быть трех видов: химическое, физическое и биологическое.

Физическое загрязнение включает механическое (твердые частички, пыль), электромагнитное (разные типы электромагнитных волн, включая радиоволны), радиоактивное (изотопы и радиоактивные лучи), тепловое (выбросы теплых воздушных масс, др.), шумовое (шум, низкочастотные колебания воздуха).

Химическое загрязнение подразумевает загрязнение воздуха газообразными летучими веществами и аэрозолями. В настоящее время главными химическими загрязнителями воздуха считаются оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, альдегиды, диоксид серы, тяжелые металлы, аммиак, радиоактивные изотопы и атмосферная пыль. Из тяжелых металлов наибольшей концентрации в промышленных регионах достигают соединения свинца, меди, цинка, хрома, кадмия.

Биологическое загрязнение атмосферы, в большинстве случаев, микробной природы. Примером может служить загрязнение воздуха спорами и вегетативными формами грибов и бактерий, вирусами, в том числе их продуктами жизнедеятельности.

В настоящее время главными загрязнителями атмосферы считаются углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы, а также газовые компоненты, повышение концентрации которых влияет на температурный режим тропосферы (метан, фреоны, диоксид азота, озон). Интенсивное загрязнение атмосферы обусловлено работой промышленных предприятий черной и цветной металлургии, химических и нефтехимических комбинатов, строительной индустрии, энергетической и целюлозно-бумажной промышленности. Основные источники загрязнения воздуха - тепловые электростанции, так как от этих предприятий в атмосферу поступает дым с углекислым и сернистым газом. Металлургические заводы выбрасывают в атмосферу сероводород, окиды азота, фтор, хлор, аммиак, соединения фтора, мышьяка, ртути. Цементные и химические предприятия наносят не меньший урон газовой оболочке планеты. Большое количество опасных газов поступают в атмосферу вследствие сжигания топлива для потребностей промышленности и отопления помещений, в результате работы двигателей транспортных средств и при переработке промышленных отходов.

22. Загрязнение водных систем

Любые изменения физиологических, химических, а также биологических свойств жидкости в водоемах, спровоцированные нарушением целостности, сбросом жидких, газообразных, а также твердых веществ, являются загрязнением, причиняющим воде вред, делающим ее непригодной к употреблению, а также наносящим ущерб физическому состоянию людей, употребляющих данную жидкость. Мы можем определенным образом классифицировать возможные виды загрязнений поверхностных, а также подземных вод, исходя из источника загрязнения. Первым типом является механическое загрязнение. Под ним понимается засорение вод, связанное с повышенным содержанием разного рода механических примесей. В основном данный вид связан с нарушением чистоты поверхностных водоемов. Вторым типом является химический процесс загрязнения. Он определяется наличием органических и неорганических веществ, оказывающих токсическое и нетоксическое действия. Третий тип - бактериальное и биологическое загрязнения. Они отмечаются присутствием в жидкости мелких водорослей, грибов, патогенных микроорганизмов. Четвертый тип - радиоактивное загрязнение, зависит от наличия радиоактивных веществ. И, наконец, последний, пятый тип загрязнения - тепловое, связанное со сбросом в природные воды нагретых вод тепловых, а также атомных электростанций.

Основным источником, вбрасывающим в воду нарушающие ее целостность вещества, являются промышленные, коммунальные предприятия, недостаточно хорошо оснащенные системой очистки, зачастую просто не перешедшие на замкнутый цикл водооборота в связи с экономией денежных средств, халатным отношением к вопросу причинения вреда окружающей среде выбросами с самого предприятия. Среди таких предприятий стоит отметить также крупные животноводческие комплексы. Также вред природным водам наносят рудники, шахты, водный и железнодорожный транспорт - любые антропогенные причины, заключающие в себя выброс в воду чужеродных, неблагоприятно воздействующих веществ.

Одной из крупнейших опасностей для водных экосистем является нефтедобыча и нефтепереработка. Одной из самых крупный в истории техногенных катастроф явилась авария, которая произошла 20 апреля 2010 года в водах Мексиканского залива, когда на нефтяной вышке «Глубоководный Горизонт» произошел взрыв, в результате чего в воды открытого океана было выброшено 4,9 миллиона баррелей (свыше, чем полмиллиона кубических метров) нефти. Загрязнению подверглись более 171 мили побережья в Луизианае, Алабаме, Флориде, Миссисипи. Более чем 57000 квадратных миль площади залива (примерно 24 % от площади, которая находится под юрисдикцией США) оказались закрытыми для ведения рыболовной деятельности. Был нанесен огромный ущерб рыболовной и туристической деятельности в загрязненном регионе.

. Загрязнение почв

Загрязнение почвенного покрова происходит практически при всех видах хозяйственной деятельности человека. Основными источниками загрязнения почв в России являются промышленные отходы производства черных и цветных металлов, а также отходы химической промышленности и её продукция (органические химические соединения, продукты неорганической химии, ПАВ и др.) Не следует забывать, что значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносят выбросы предприятий этих производств в атмосферу: диоксид серы, оксид углерода, твердые вещества (пыль, зола, сажа, дым, сульфаты, нитраты и др.), оксиды азота, углеводороды и летучие органические соединения.

Значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносят предприятия простого органического синтеза. Это, прежде всего, технологические отходы - остатки или продукты, отработанные в технологическом цикле и имеющие, как следствие ухудшенные физико-химические свойства. Количество и состав их различны, но большая часть представлена углеводородами, число которых только на промышленных и транспортных предприятиях превышает 200 наименований.

При производстве высокомолекулярных соединений источниками загрязнения почв являются мономеры, растворители, катализаторы, стабилизаторы, наполнители красители и т.д., а также непосредственно и сама продукция - лакокрасочные материалы (растворы смол или синтетических веществ в органических растворителях), пластмассы, резина, продукты переработки, в том числе химической, древесины и некоторые другие вещества.

Одной из крупных экологических проблем является загрязнение природной среды продуктами добычи и переработки нефти. Хронические разливы нефти и минерализованных пластовых вод приводят не только к нефтяному загрязнению, но и к засолению почв. Углеводороды нефти находятся в виде предельных углеводородов, алициклических углеводородов (нафтены) и ароматических углеводородов. Загрязнение окружающей среды, в том числе и почв, происходит на нефтяных месторождениях также при факельном сжигании попутного газа. Каждый из нас внес «личный вклад» в загрязнение почв продуктами нефтепереработки, при этом достаточно привести перечень нефтепродуктов: бензин, керосин, дизельное топливо, конденсат, мазут, смазочные масла (машинные и технические масла), битумы.

Источниками загрязнений окружающей среды тяжелыми и цветными металлами являются комбинаты цветной металлургии, выбросы предприятий машиностроения и металлообработки, черной металлургии, химической и нефтехимической, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной, пищевой, строительных материалов, энергетики, топливной, производство красителей, чернил, стекла, резины, керамики, производство пигментов, защитных покрытий, аккумуляторов, сплавов и др.

Особо токсичное вещество - мышьяк попадает в почвы в результате внесения удобрений и обработки пестицидами и инсектицидами, а также при производстве пигментов, стекла, лекарств, инсектицидов, фунгицидов, редентицидов, дубильных веществ.

Положение ухудшается вследствие аварий на трубопроводах и транспорте, перевозящем органические и неорганические вещества, а также на предприятиях, имеющих запредельную выработку проектного ресурса, и АЭС.

Общеизвестно о загрязнении почв химическими и биологическими препаратами (в т.ч. и удобрениями) используемыми в сельском хозяйстве.

Места хранения и уничтожения отходов (бытовых, фармацевтических и промышленных отходов) и отравляющих веществ (места захоронения химического оружия и отходов их производств), свалки являются источниками загрязнения почв и почвенных вод такими суперэкотоксикантами, как диоксины, боевые отравляющие вещества и продукты их уничтожения, полихлорированные бифенилы и другие галогенсодержащие органические соединения.

. Мониторинг, виды мониторинга

Мониторинг (лат - контролировать, надзирать) - это процесс непрерывного наблюдения за объектами - воздухом, водами, растениями, животными, землями. Этот термин появился в 1972 г на Стокгольмской конференции ООН по охраны окружающей среды. При проведении мониторинга важно выделить подсистемы наблюдений, реакции основных составляющих биосферы: абиотической - геофизический мониторинг и биотической - биологический.

Осуществляют следующие виды мониторинга:

.        глобальный - связан с международными научно-техническими программами;

.        национальный - охватывает всю территорию;

.        региональный - на территориях, характеризующихся единством физико-географических, экологических и экономических условий;

.        локальный - на территориях ниже регионального уровня, до территорий отдельных земельных участков и элементарных структур ландшафтно-экологических комплексов.

Мониторинг предусматривает выявление изменений, а также оценки:

.        эффективности использования угодий, полей, участков;

.        процессов, связанных с изменениями плодородия почв (развитие водной и ветровой эрозии, ухудшение структуры почвы, заболачивания и засоления), зарастание сельскохозяйственных угодий сорняками, загрязнения земель пестицидами, тяжелыми металлами.

Очень важным является мониторинг состояния береговых линий рек, морей, озер, заливов, водохранилищ, лиманов, гидротехнических сооружений процессов, связанных с образованием оврагов, оползней, селевых потоков, карстовых и др. Других явлений, потому что это важно для состояния земель населенных пунктов, территорий, занятых нефтегазодобывающей объектами, очистными сооружениями, навозохранилищ, складами горюче-смазочных материалов, удобрений, стоянками автотранспорта, захоронением токсичных промышленных отходов и радиоактивных материалов, а также другими промышленными объектам.

Чтобы сохранить, то есть спасти и восстановить объекты, которые могут быть потеряны, необходимо знать места их нахождения, численность, тенденции к сокращению или наоборот - к увеличению

Для этого и проводят мониторинг - непрерывное наблюдение и учет состояния качества объектов - растений, животных, ландшафтов, факторов - химических, биологических, физических Мониторинг не предполагает управление качеством окружающей среды а, но правильное, научно обоснованное управление возможно только при функционировании этой системы.

Существуют специальные станции мониторингового наблюдения. Крупнейшей из них является Всемирный центр мониторинга охраны природы, создан в 1981 г. в него входят Международный союз охраны природы и Вселенный фонд дикой природы, Международная информационная система по окружающей среде (создана в 1977 г.) Эти организации предоставляют общественности объективную информацию о состоянии окружающей среды, способствуют объединению национальных сетей экологического мониторинга в международную систему.

Важное значение имеет глобальная система биосферных заповедников, которые проводят мониторинг базовый (отслеживается состояние и прогноз природных явлений без антропогенных накладок), диагностический (выявляет тенденции в биосферных изменениях), прогностический (с помощью эксперимента исследуют тенденции сми др. в абиотической среде и прогнозируют биологические результаты), климатический.

Структура мониторинга

. Экологическое законодательство

Экологическое законодательство - это совокупность законов, которые регулируют отношения, образующие предмет экологического права, (природопользование, охрана окружающей среды, экологическая безопасность).

Экологическое законодательство в широком смысле слова - это система законодательных и иных нормативных правовых актов, содержащих нормы права, регулирующие общественные отношения по охране окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов, обеспечению экологической безопасности человека и других объектов.

Законодательство в области охраны окружающей среды основывается на Конституции Российской Федерации и состоит из Федерального закона «Об охране окружающей среды», других федеральных законов, а так же принимаемых в соответствии с ними иных нормативных правовых актов Российской Федерации, законов и иных нормативных правовых актов субъектов Российской Федерации.

Основываясь на критерии объекта правового регулирования, совокупность таких законов можно подразделить на три группы:

.        законодательство об окружающей среде;

.        законодательство о природных комплексах;

.        природоресурсное законодательство.

Объектом экологических отношений, регулируемых законами первой группы, является окружающая среда в целом, второй-природные комплексы, третьей-отдельные природные объекты.

Законодательство об окружающей среде - новое явление для России. Оно стало развиваться с 90-х гг. XX в. Наряду с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» к нему, в частности, относятся:

.        Федеральный закон «Об экологической экспертизе»;

.        Федеральный закон «О радиационной безопасности населения»;

.        Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89 - ФЗ «Об отходах производства и потребления»;

Значительный удельный вес в системе экологического законодательства занимает природоресурсное законодательство. В отличие от законодательства об окружающей среде в собственном смысле, природоресурсное законодательство более развито, поскольку, как подчеркивалось ранее, экологическое законодательство в советской России развивалось преимущественно применительно к использованию и охране отдельных природных ресурсов.

Природоресурсное законодательство - это совокупность законов, регулирующих отношения по использованию и охране отдельных природных объектов.

ФЗ "Об охране окружающей среды", "Водный кодекс", ФЗ "О санитано-эпидемиологическом благополучии населения", "Земельный кодекс", ФЗ "О рыболовстве и сохранении водных биологических ресурсов", "Лесной кодекс".

. Международное сотрудничество в области экологии

Международное сотрудничество в решении глобальных экологических проблем - это международная деятельность на правительственном и неправительственном уровнях, осуществляемая в рамках межгосударственных соглашений, международных программ ООН, ЮНЕСКО и др., экологических программ и проектов, осуществляемых частными и государственными экологическими фондами и направленных на объединение усилий государств, частных лиц и общественных объединений в преодолении глобальных экологических проблем человечества. Международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды регулируется международным экологическим правом, в основе которого лежат общепризнанные принципы и нормы. Высокая приоритетность экологического фактора в международных отношениях постоянно возрастает, что связано с ухудшением состояния окружающей среды.

Объекты международного сотрудничества в области охраны окружающей природной среды делятся на несколько групп. Так, выделяют национальные и международные объекты. К первым, то есть внутригосударственным, относятся недра, земля, воды, животный и растительный мир, которые находятся на территории государства. К международным объектам охраны окружающей среды относятся атмосферный воздух, Мировой океан, Антарктида и другие, которые не входят в юрисдикцию государств и не являются чьим-либо национальным достоянием. Они осваиваются и охраняются на основании различных конвенций, договоров, протоколов и других документов, отражающих совместные усилия международного сообщества.

Основополагающие принципы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды были сформулированы в Декларации Стокгольмской конференции ООН 1972 г. по проблемам окружающей среды.

Первый принцип (основной): государства вправе использовать собственные ресурсы в соответствии со своей национальной политикой в подходе к проблемам окружающей среды. Однако на них лежит ответственность за то, чтобы их деятельность не причиняла ущерба окружающей среде других государств или регионов, лежащих за пределами национальной территории.

Второй принцип: природные ресурсы Земли, включая воздух, воду, землю, флору, фауну и особенно репрезентативные (характерные) образцы естественных экосистем, должны быть сохранены на благо нынешнего и будущих поколений путем тщательного планирования деятельности человека и управления ею по мере необходимости.

Третий принцип: невозобновимые ресурсы должны разрабатываться таким образом, чтобы обеспечивалась их защита от истощения в будущем и чтобы выгоды от их разработки в международных пространствах получало все человечество.

Российская Федерация является активным участником международного сотрудничества в сфере обеспечения экологической безопасности. В настоящее время Россия участвует в многосторонних международных договорах, конвенциях и соглашениях об охране окружающей среды и природопользования со странами Европы, США, Азии. Одним из актуальных направлений в организации международного эколого-правового сотрудничества является прогнозирование возможностей возникновения и масштабов распространения новых техногенных факторов, оказывающих вредное влияние на экологическую обстановку, и разработка на данной основе системы мер по снижению степени негативного их воздействия на природную среду, климат, здоровье населения, духовные, социальные и прочие ценности человека и общества. Перспективной формой научно-технической интеграции с учетом обеспечения экологической безопасности может служить разработка многосторонних целевых программ сотрудничества, ориентированных на приоритетное решение взаимосвязанных научных и технических проблем на основе долевого участия в их финансовом, материально-техническом и другом обеспечении.

На территории РФ действуют федеральные законы, регулирующие действия в приграничных и граничных зонах (например, ФЗ "О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне РФ") и международные соглашения (например, 15 ноября 2007 г. в Кракове (Польша) на внеочередном заседании Хельсинской комиссии представителями стран Дании, Республики Эстонии, Федеративной Республики Германии, Республики Латвии, Литвы, Польши, Швеции, Российской Федерации и Евросоюза был подписан «План действий ХЕЛКОМ по Балтийскому морю».)