Текст книги "Основы экологии"

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается СУОС?

2. Какие основные обязанности ответственного должностного лица за функционирование СУОС в подразделении?

3. Опишите структуру и основные задачи экологической службы природопользователя.

4. Как организуют производственный контроль в области охраны окружающей среды на предприятии? Каковы его задачи?

5. Каково содержание инструкции по организации ПЭК предприятия?

6. Какие цели преследует экологическая сертификация? Назовите ее виды.

7. Для чего предназначен экологический паспорт предприятия?

8. Охарактеризуйте содержание и основные разделы экологического паспорта.

9. Что представляет собой экологический аудит и для чего он проводится?

10. Какие требования предъявляются к экологической аудиторской организации?

11. Каковы основные задачи экологического страхования и его виды?

Глава 3. Теоретические основы общей экологии

3.1. Формирование научных основ современной экологии

Впервые термин экология был употреблен в 1866 г. Эрнстом Геккелем, который в следующих словах определил сущность новой науки: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Они частично органической, частично неорганической природы, но как те, так и другие… имеют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают их приспосабливаться к себе…» и далее: «Под экологией мы подразумеваем науку об экономии, о домашнем быте животных организмов. Она исследует общие отношения животных как к их неорганической, так и к органической среде, их дружественные и враждебные отношения к другим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые и непрямые контакты, или, одним словом, все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование. Эта экология (часто также неправильно обозначаемая как биология в узком смысле слова) до сих пор представляла главную составную часть так называемой естественной истории в обычном смысле слова».

Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. Принято считать, что цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь, а также другие средства и орудия, позволяющие ему изменять среду своего обитания.

Как и другие области знания, экология развивалась непрерывно, но неравномерно на протяжении истории человечества. Судя по дошедшим до нас орудиям охоты, наскальным рисункам, люди еще на заре становления человечества имели отдельные представления о повадках животных, образе их жизни, сроках сбора растений, употребляемых для их нужд, о местах произрастания растений, способах выращивания и ухода за ними.

Некоторые сведения подобного рода находят в сохранившихся памятниках древнеегипетской, индийской, тибетской культур. Элементы экологии имеют место в эпических произведениях и легендах. Например, в древнеиндийских сказаниях «Махабхарата» (VI–II вв. до н. э.) даются сведения о повадках и образе жизни около 50 видов животных, сообщается об изменениях численности некоторых из них. В рукописных книгах Вавилонии есть описания способов обработки земли, указывается время посева культурных растений, перечисляются птицы и животные, вредные для земледелия. В китайских хрониках IV–II вв. до н. э. описываются условия произрастания различных сортов культурных растений.

В трудах Гераклита (530–470 гг. до н. э.), Гиппократа (460–370 гг. до н. э.), Аристотеля (384–322 гг. до н. э.) и других ученых античного мира были сделаны дальнейшие обобщения экологических фактов.

Аристотель в своей работе «История животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении. Так начинался первый этап развития науки – накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. Теофраст Эрезийский (372–287 гг. до н. э.) описал влияние почвы и климата на структуру растений, наблюдаемое им на огромных пространствах Древнего Средиземноморья. В работах философа впервые было предложено разделить покрытосеменные растения на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы. В этот период была создана работа «Естественная история» Плиния Старшего (23–79 гг. н. э.).

В Средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством схоластики и богословия. Связь строения организмов с условиями среды толковалась как воплощение воли Бога. В этот период, затянувшийся на целое тысячелетие, только единичные труды содержат факты научного значения. Большинство же сведений имеют прикладной характер, опираются на описание целебных трав (Разес, 850–923 гг.; Авиценна, 980–1037 гг.), культивируемых растений и животных, на знакомство с природой далеких стран (Марко Поло, XIII в., Афанасий Никитин, XV в.).

Началом новых веяний в науке в период позднего средневековья являются труды Альберта Великого (Альберт фон Больштедт, 1193–1280 гг.). В своих книгах о растениях он придает большое значение условиям их местообитания, где, помимо почвы, важное место уделяет «солнечному теплу», рассматривая причины «зимнего сна» у растений; размножение и рост организмов ставит в неразрывную связь с их питанием.

Крупными сводами средневековых знаний о живой природе являлись «Поучение Владимира Мономаха» (XI в.), ходившее в списках на Руси, многотомное «Зеркало природы» Венсенаде Бове (XIII в.), «О поучениях и сходствах вещей» доминиканского монаха Иоанна Сиенского (начало XIV в.).

Географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран явились толчком к развитию биологических наук. Накопление и описание фактического материала – характерная черта естествознания этого периода. Однако, несмотря на то, что в суждениях о природе господствовали метафизические представления, в трудах многих естествоиспытателей имели место явные свидетельства экологических знаний. Они выражались в накоплении фактов о разнообразии живых организмов, их распространении, в выявлении особенностей строения растений и животных, обитавших в условиях той или иной среды, систематизации этих фактов.

Первые систематики А. Цезальпин (1519–1603), Д. Рей (1623–1705), Ж. Турнефор (1656–1708) и другие уже утверждали, что растения зависят от условий произрастания или возделывания, географических и климатических особенностей мест их обитания и т. д.

Сведения о поведении, повадках, обитании жизни животных, сопровождавшие описание их строения, называли «историей» жизни животных.

Известный английский химик Р. Бойль (1627–1691) первым осуществил экологический эксперимент. Он опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных.

В XVII в. Ф. Реди экспериментально доказал невозможность самозарождения относительно сложных животных.

В XVII–XVIII вв. в работах, посвященных отдельным группам живых организмов, экологические сведения зачастую составляли значительную часть (труды А. Реомюра о жизни насекомых, 1734; Л. Трамбле о гидрах и мшанках, 1744). Антон ван Левенгук, более известный как один из создателей микроскопа, был пионером в изучении пищевых цепей и регуляции численности организмов. В сочинениях английского ученого Р. Брэд ли прослеживается его четкое представление о биологической продуктивности.

В XVIII в. С. П. Крашенинниковым, И. И. Лепехиным, П. С. Палласом и другими русскими географами и натуралистами в описании путешествий по России показана взаимосвязь изменения климата, животного и растительного мира в различных частях обширной страны. В своем капитальном труде «Зоография» Паллас описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц, а также такие биологические явления, как миграция, спячка, взаимоотношения родственных видов и т. д. По определению Б. Е. Райкова (1947), П. С. Палласа можно считать «одним из основателей экологии животных». О влиянии среды на организм высказывался М. В. Ломоносов. В трактате «О слоях земных» (1763) он писал: «…напрасно многие думают, что все, как мы видим, сначала создано творцом…» Изменения в неживой природе Ломоносов рассматривал как непосредственную причину изменений растительного и животного мира. По останкам вымерших форм (моллюски и насекомые) он судил об условиях их существования в прошлом.

Во второй половине XVIII в. проблема влияния внешних условий на живые организмы нашла отражение в работах французского естествоиспытателя Ж.-Л. Л. Бюффона (1707–1788). Он считал возможным «перерождение» видов и полагал основными причинами превращения одного вида в другой влияние таких внешних факторов, как «температура, климат, качество пищи и гнет одомашнивания». В его основном труде «Естественная история» уже четко просматривается материалистический взгляд на неразрывность материи и движения. «Материя без движения никогда не существовала, – пишет он, – движение, следовательно, столь же старо, как и материя». Бюффон отрицал божественное происхождение Земли. Из «Естественной истории» взошли ростки эволюционизма Ж.-Б. Ламарка (1744–1829), выросло учение Ч. Дарвина. Создание эволюционной концепции развития природы – главное теоретическое достижение Ламарка. В работе «Философия зоологии» (1809) он дал эволюционное обоснование «лестницы существ». Ламарк считал влияние «внешних обстоятельств» одной из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений.

По мере развития зоологии и ботаники происходило накопление фактов экологического содержания, свидетельствующих, что к концу XVIII в. у естествоиспытателей начали складываться элементы особого, прогрессивного подхода к изучению явлений природы, изменений организмов в зависимости от окружающих условий, многообразия форм живого.

Второй этап развития науки связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. Подлинным основоположником экологии растений принято считать А. Гумбольдта (1769–1859), опубликовавшего в 1807 г. работу «Идеи о географии растений», где на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке он показал значение климатических условий, особенно температурного фактора, для распределения растений. В сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, т. е. одинаковый внешний облик. По распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды.

Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных.

В 1832 г. О. Декандоль обосновал необходимость выделения особой научной дисциплины эпиррелогии, изучающей влияние на растения внешних условий и воздействие растений на окружающую среду или, говоря современным языком экологии, экологические факторы среды. Декандоль писал: «Растения не выбирают условия среды, они их выдерживают или умирают. Каждый вид, живущий в определенной местности, при известных условиях представляет как бы физиологический опыт, демонстрирующий нам способ воздействия теплоты, света, влажности и столь разнообразных модификаций этих факторов».

Число таких факторов по мере расширения и углубления исследований по экологии растений возрастало, а оценка значимости отдельных из них изменялась.

Русский ученый Э. А. Эверсман рассматривал организмы в тесном единстве с окружающей средой. В работе «Естественная история Оренбургского края» (1840) он четко делит факторы среды на абиотические и биотические, приводит примеры борьбы и конкуренции между организмами, между особями одного и разных видов.

Экологическое направление в зоологии лучше других было сформулировано русским ученым К. Ф. Рулье (1814–1858). Он считал необходимостью развитие особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению и объяснению жизни животных, их сложных взаимоотношений с окружающим миром. Он подчеркивал, что в зоологии, наряду с классификацией отдельных органов, нужно производить «разбор явлений образа жизни». Здесь следует различать явления жизни особи, т. е. выбор и запасание пищи, выбор и постройка жилища и т. д., а также «явления жизни общей»: взаимоотношения родителей и потомства, законы количественного размножения животных и отношения их к растениям, почве, физиологическим условиям среды. Вместе с этим следует изучать периодические явления в жизни животных – линьку, спячку, сезонные перемещения и др. Следовательно, Рулье разработал широкую систему экологического исследования животных, оставил после себя ряд трудов типичного экологического содержания.

Научные работы Рулье оказали значительное влияние на направление и характер исследований его учеников и последователей Н. А. Северцова (1827–1885) и А. Н. Бекетова (1825–1902). Так, Северцов в книге «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гадов Воронежской губернии» впервые в России изложил глубокие экологические исследования животного мира отдельного региона.

Таким образом, ученые начала XIX в. анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности.

Дальнейшее развитие науки экологии произошло на базе эволюционного учения Ч. Дарвина (1809–1882). Он по праву является одним из основоположников классической экологии. В книге «Происхождение видов» (1859) им показано, что «борьба за существование» в природе приводит к естественному отбору, т. е. является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды («борьба за существование») – большая самостоятельная область исследований.

Победа эволюционного учения в биологии открыла, таким образом, третий этап в истории экологии, для которого характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделение экологии от других наук.

Экология, родившись в недрах биогеографии, в конце XIX в., благодаря учению Дарвина, превратилась в науку об адаптациях организмов.

Во второй половине XIX в. главным в экологии являлось изучение образа жизни животных и растений, их адаптивности к климатическим условиям: температуре, световому режиму, влажности и т. д. В этой области был сделан ряд важных обобщений и исследований. Датский ботаник Е. Варминг в книге «Экологическая география растений» (1895) излагает основы экологии растений, четко формулирует ее задачи. Рассмотрев основные положения экологии отдельных растений и растительных сообществ, он создал стройную систему фитоэкологических взглядов.

А. Н. Бекетов в научной работе «География растений» (1896) впервые сформулировал понятие биологического комплекса как суммы внешних условий, установил связь особенностей анатомического и морфологического строения растений с их географическим распространением, указал на значение физиологических исследований в экологии. Им же были детально разработаны вопросы межвидовых и внутривидовых взаимоотношений организмов.

В конце 70-х гг. XIX в. параллельно с данными исследованиями возникло новое направление. Немецкий гидробиолог К. Мебиус в 1877 г. на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе, как о глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по Мебиусу, сформированы длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Он утверждал, что всякое изменение какого-либо одного фактора биоценоза вызывает изменения в других факторах. Его работа «Устрицы и устричное хозяйство» положила начало биоценологическим исследованиям в природе.

Изучение сообществ в дальнейшем обогатилось методами учета количественных соотношений организмов.

Учение о растительных сообществах обособилось в отдельную область ботанической экологии. Значительная роль в этом принадлежит русским ученым С. И. Коржинскому и И. К. Пачоскому, назвавшим новую науку фитосоциологией, переименованную позднее в фитоценологию, а затем в геоботанику.

К этому же периоду относится деятельность знаменитого русского ученого В. В. Докучаева (1846–1903). В своем труде «Учение о зонах природы» он писал, что ранее изучались отдельные тела, явления и стихии – вода, земля, но не их соотношения, не та генетическая вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой, между растительными, животными и минеральными царствами, с одной стороны, и человеком, его бытом и даже духовным миром – с другой. Учение Докучаева о природных зонах имело исключительное значение для развития экологии. В целом его работы легли в основу геоботанических исследований, положили начало учению о ландшафтах, дали толчок широким исследованиям взаимоотношений растительности и почвы. Идея Докучаева о необходимости изучения закономерностей жизни природных комплексов получила дальнейшее развитие в учении В. Н. Сукачева о биогеоценозах.

К началу XX в. оформились основные экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки.

В 1910 г. на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника К. Шретера экология особей была названа аутэкологией (от греч. autos – сам и экология), а экология сообществ – синэкологией (от греч. syn – вместе). Такое же деление вскоре было принято и в зооэкологии.

Появились первые экологические сводки: руководство к изучению экологии животных Ч. Адамса (1913), книга В. Шелфорда о сообществах наземных животных (1913), С. А. Зернова по гидробиологии (1913) и др.

В 1913–1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы. Экологию начали преподавать в университетах.

Авторитетнейший ученый России начала XX в., ботаник И. П. Бородин, выступая в 1910 г. на XII съезде русских естествоиспытателей и врачей с докладом «Об охране участков растительности, интересных с ботанико-географической точки зрения», страстно призывал своих коллег охранять природу и выполнять тем самым «наш нравственный долг», сравнивая это дело с охраной исторических памятников. Бородин особенно интересовался уникальными природными объектами. Любой памятник природы, неважно – большой или маленький, представляет собой, по его мнению, национальное сокровище. «Это такие же уники, как картины, например, Рафаэля – уничтожить их легко, но воссоздать нет возможности».

Г. А. Кожевников (1917) утверждал, что к числу факторов, усугубляющих разрушительные последствия войны и революции, относятся вопиющая отсталость, бескультурье, отсутствие развитой технологии и какого-либо гражданского долга. Кожевников сформулировал три этапа становления отношения человека к природе. Россия, по его мнению, находится на переходной стадии от первого – первобытного, хищнического этапа ко второму, ориентированному на рост и развитие. Даже при отсутствии войны и социальных потрясений мощные структурные факторы должны были бы препятствовать быстрому переходу к третьему этапу, ориентированному на охрану природы. Кожевников, основываясь на данном утверждении, выступал за рационализацию и модернизацию экономики и ее социальной структуры.

На четвертом этапе развития истории экологии после разносторонних исследований к 30-м гг. XX в. определились основные теоретические представления в области биоценологии: о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Углублялись исследования взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценозов.

Большой вклад в фитоценологические исследования внесли в России В. Н. Сукачев, Б. Н. Келлер, В. В. Алехин, А. Г. Раменский, А. П. Шенников, за рубежом – Ф. Клементс в США, К. Раункиер в Дании, Г. Дю Рие в Швеции, И. Браун-Бланк в Швейцарии. Ими были созданы разнообразные системы классификации растительности на основе морфологических (физиологических), эколого-морфологических, динамических и других особенностей сообществ, разработаны представления об экологических индикаторах, изучены структура, продуктивность, динамические связи фитоценозов.

В 30–40-х гг. XX в. появились новые сводки по экологии животных, где излагались теоретические проблемы общей экологии: К. Фридерикса (1930), Ф. Боденгеймера (1935) и др.

В развитие общей экологии значительный вклад внес Д. Н. Кашкаров (1878–1941). Ему принадлежат такие фундаментальные труды, как «Среда и общество», «Жизнь пустыни». Он является автором первого учебника в нашей стране по основам экологии животных (1938). По инициативе Кашкарова регулярно издавался сборник «Вопросы экологии и биоценологии».

В этот же период оформилась новая область экологической науки – популяционная экология. Английский ученый Ч. Элтон в книге «Экология животных» (1927) переключает внимание с отдельного организма на популяцию как единицу, которую следует изучать самостоятельно. На этом уровне выявляются свои особенности экологических адаптаций и регуляций.

На развитие популяционной экологии в нашей стране оказали влияние С. А. Северцов, Е. Н. Синская, И. Г. Серебряков, М. С. Гиляров, Н. П. Наумов, Г. А. Викторова, Т. А. Работнова, А. А. Уранова, С. С. Шварц и др.

Е. Н. Синская (1948) провела исследования по выяснению экологического и географического полиморфизма видов растений. И. Г. Серебряковым была создана новая, более глубокая классификация жизненных форм. С. С. Гиляров (1949) выдвинул предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши.

Исследования С. С. Шварца эволюционной экологии позвоночных животных привели к возникновению палеоэкологии, задачей которой является восстановление картины образа жизни вымерших форм.

В начале 40-х гг. XX в. в экологии возникает новый подход к исследованиям природных экосистем. Г. Гаузе (1934) провозгласил свой знаменитый принцип конкурентного исключения, указав на важность трофических связей, как основного пути для потоков энергии через природные сообщества, что явилось весомым вкладом в появлении концепции экосистемы.

Английский ученый А. Тенсли в 1935 г. в работе «Правильное и неправильное использование концепций и терминов в экологии растений» ввел в экологию термин экологическая система. Основное достижение Тенсли заключается в успешной попытке интегрировать биоценоз с биотопом на уровне новой функциональной единицы – экосистемы.

В 1942 г. В. Н. Сукачев (1880–1967) обосновал представление о биогеоценозе. Здесь нашла отражение идея единства совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, лежащих в основе всего сообщества и окружающей неорганической среды – круговороте вещества и превращениях энергии.

В 1942 г. американский ученый Р. Линдеман изложил основные методы расчета энергетического баланса экологических систем. С этого периода стали принципиально возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности популяции и биоценозов в конкретных условиях среды. Начались работы по точному определению продуктивности водных сообществ (Г. Г. Винберг, 1936).

Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере, принадлежащего крупнейшему ученому В. И. Вернадскому, который в своих идеях намного опередил современную ему науку. В его интерпретации биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой основаны на экологических законах обеспечения баланса вещества и энергии.

В 50–90-е гг. XX в. вопросам экологии посвящены работы видных отечественных и зарубежных исследователей: Р. Дажо («Основы экологии», 1975), Р. Риклефса («Основы общей экологии», 1979), Ю. Одума («Основы экологии», 1975; «Экология», 1986), М. И. Будыко («Глобальная экология», 1977), Г. А. Новикова («Основы общей экологии и охраны природы», 1979), Ф. Рамада («Основы прикладной экологии», 1981), В. Тишлера («Сельскохозяйственная экология», 1971), С. Г. Спурра, Б. В. Барнеса («Лесная экология», 1984), В. А. Радкевича («Экология», 1983, 1997), Ю. А. Израэля («Экология и контроль природной среды», 1984), В. А. Ковды («Биогеохимия почвенного покрова», 1985), Дж. М. Андерсона («Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек», 1985), Г. В. Стадницкого, А. И. Родионова («Экология», 1988,1996), Н. Ф. Реймерса («Природопользование», 1990; «Экология», 1994), Г. Л. Тышкевич («Экология и агрономия», 1991), Н. М. Чернова, А. М. Былова («Экология», 1988), Т. А. Акимовой, В. В. Хаскина («Основы экоразвития», 1994; «Экология», 1998), В. Ф. Протасова, А. В. Молчанова («Экология, здоровье и природопользование в России», 1995), Н. М. Мамедова, И. Т. Суравегиной («Экология», 1996), К. М. Петрова («Общая экология», 1996), А. С. Степановских («Общая экология», 1996, 2000; «Экология», 1997, 2003; «Охрана окружающей среды», 1998, 2000) и др.

Анализируя историю экологии как науки, нельзя не заметить, что развитие экологии задержалось минимум на пять-десять лет по сравнению с такими дисциплинами, как эмбриология и генетика. Причинами отставания экологии были:

• недооценка существования фундаментальных законов, применяемых ко всему живому, таких же, как в физике, математике, других точных науках. Более того, известные нам фундаментальные законы развития материи являются, скорее, частными случаями законов экологии;

• степень развития научных знаний, которая вынуждала ученых к изучению изолированных естественных явлений, как если бы они были независимы и не связаны друг с другом. Французский ученый О. Конт в своих трудах проводил мысль о жестких барьерах между науками. Для некоторых ученых такой подход стал привычным. Он вынуждал рассматривать предметы и явления вне существующих между ними взаимосвязей, тогда как системный подход – основное требование при рассмотрении научных фактов в совокупности. Эти искусственные барьеры рушатся в XX в. с появлением новых отраслей знания, сформировавшихся на основе слияния отдельных наук – физики и химии, химии и биологии;

• отсутствие реальных перспектив ее развития вплоть до 30-х гг. XX в. Казалось, что эта наука в отличие, например, от медицины, не может иметь практического применения и должна ограничиваться чисто научными рамками, носить описательный характер.

Однако в конце XX в. происходит неизбежная «экологизация» науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и воздействует на нее отрицательно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества.

В настоящее время все большее значение приобретает защита окружающей среды от негативного воздействия человеческой деятельности, восстановление благоприятного для жизни и здоровья человека качества среды обитания, оптимизация взаимоотношений «человек – общество – природа».