Экология (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Рф

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

, ,

ЭКОЛОГИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Тольятти 2006

УДК 574

, , . Экология. Учебное пособие для студентов заочной формы обучения. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2006. – 75 с.

В учебном пособии приведен теоретический материал по дисциплине «Экология» с блоком самоконтроля, заданиями для выполнения самостоятельной работы и вопросами для зачета.

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей заочной формы обучения по дисциплине «Экология».

Рецензент: к. б.н., доцент, Т. М, Лысенко

Научный редактор: к. б.н, доцент

Утверждено на редакционно-издательской секции научно-методического совета Тольяттинского государственного университета.

@ Тольяттинский государственный университет, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Цели и задачи дисциплины	4
Содержание дисциплины	5
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ дисциплины «Экология»	6
ВВЕДЕНИЕ. Предмет и задачи экологии, законы и методы экологии	7
Раздел. 1 Биосфера и человек	10
1.1 Структура биосферы	10
1.2. Структура экосистемы	12
1.3. Экология и здоровье человека	16
Раздел 2. Основные экологические проблемы современного мира	19
2.1. Глобальные проблемы окружающей среды.	19
2.2. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов	25
Раздел 3. Основы экономики природопользования	33
3.1. Экологический менеджмент	33
3.2. Экологический маркетинг	33
Раздел 4. Экозащитная техника и технологии	35
4.1. Системы очистки воздушных выбросов	35
4.2. Системы очистки сточных вод	35
4.3. Утилизация твердых отходов	35
Раздел 5. Основы экологического права	49
5.1. Экологические правонарушения	49
5.2. Профессиональная ответственность	49
Раздел 6. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды	55
6.1. Международные экологические программы	55
Темы для самостоятельной работы	67
Методические указания по выполнению самостоятельной работы	69
Вопросы для зачета	71
Литература	74

Цели и задачи дисциплины

Учебная дисциплина "Экология" - обязательная естественно-научная дисциплина, в которой соединена тематика безопасного взаимодействия человека со средой обитания (бытовой, городской, природной) и вопросы защиты от антропогенных факторов. Изучением дисциплины достигается формирование у специалистов представления о неразрывном единстве эффективной профессиональной деятельности с требованиями к экологической безопасности и защищенности человека. Реализация этих требований гарантирует сохранение работоспособности и здоровья человека.

Основная задача дисциплины - вооружить обучаемых теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для:

-  создания комфортного (нормативного) состояния среды обитания в зонах трудовой деятельности и отдыха человека;

-  идентификации негативных воздействий среды обитания естественного, техногенного и антропогенного происхождения;

-  разработки и реализации мер защиты человека и среды обитания от негативных воздействий;

-  проектирования и эксплуатации техники, технологических процессов и объектов экономики в соответствии с требованиями по безопасности и экологичности;

-  прогнозирования развития негативных воздействий человека на окружающую среду и оценки последствий этих воздействий.

Дисциплина ориентирована на повышение гуманистической составляющей при подготовке специалистов и базируется на знаниях, полученных при изучении социально-экономических, естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин.

В дисциплине рассматриваются: современное состояние и негативные факторы воздействия техносферы на среду обитания; принципы обеспечения безопасности взаимодействия человека со средой обитания, принципы идентификации антропогенных факторов; средства и методы обеспечения экологической безопасности, экологичности и устойчивости технических средств и технологических процессов; основы проектирования и применения экобиозащитной техники, правовые, нормативно-технические и рганизационные основы обеспечения экологической безопасности; контроль и управление экологической безопасностью, методика проведения мониторинговых исследований состояния окружающей среды.

Содержание дисциплины

Введение

Предмет и задачи экологии. Методы экологии. Законы экологии.

Раздел. 1 Биосфера и человек.

1.1.Структура биосферы. Биосфера. Границы. Основы биологической организации. Живое вещество биосферы, его формы. Условия и ресурсы среды. Устойчивость биосферы. Пределы устойчивости.

1.2. Структура экосистемы.

Понятие биогеоценоза, экосистемы. Экологические факторы. Популяции. Динамика популяций. Сообщества. Понятие экологической ниши. Биотический круговорот. Факторы среды.

1.3. Экология и здоровье человека

Экологическая среда современных городов. Влияние техногенной и социальной среды на здоровье человека. Состояние здоровья населения России (по материалам ежегодного доклада правительства РФ).

Раздел 2. Основные экологические проблемы современного мира.

2.1. Глобальные проблемы окружающей среды.

Демографический взрыв. Изменения климата. Разрушение озонового слоя. Кислотные осадки. Загрязнение водных ресурсов. Загрязнение атмосферы. Загрязнение литосферы. Отходы. Сокращение биологического разнообразия. Истощение природных ресурсов. Радиационное загрязнение.

2.2. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов.

Основы природопользования. Принципы природопользования. Нетрадиционные источники энергии. Особоохраняемые территории.

Раздел 3. Основы экономики природопользования.

3.1. Экологический менеджмент.

Экологическое сопровождение хозяйственной деятельности. Экологический менеджмент на предприятии. Экологизация экономики. Источники финансирования природоохранной деятельности.

3.2. Экологический маркетинг.

Маркетинговый механизм управления охраной окружающей среды. Маркетинговые подходы в области экологии. Экологический аудит в системе маркетинга.

Раздел 4. Экозащитная техника и технологии.

4.1. Системы очистки воздушных выбросов.

Классификация и основы применения экобиозащитной техники: аппараты и системы для улавливания и утилизации токсичных примесей; устройства для рассеивания примесей в биосфере; защитное экранирование, санитарные зоны.

4.2. Системы очистки сточных вод.

Устройства для очистки и нейтрализации жидких отходов (масла, СОЖ, электролиты, травильные растворы). Очистка сточных вод.

4.3. Утилизация твердых отходов.

Сбор, утилизация и захоронение твердых и жидких промышленных отходов. Радиоактивные отходы. Вторичные ресурсы.

Раздел 5. Основы экологического права.

5.1. Экологические правонарушения.

Виды экологических правонарушений. Правовой режим природопользования и охраны окружающей среды.

5.2. Профессиональная ответственность.

Виды ответственности за экологические првонарушения. Дисциплинарная, материальная, административная, уголовная, гражданско-правовая ответственности за экологические првонарушения.

Раздел 6. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.

Международные экологические программы. Международные экологические организации и фонды. Экологический мониторинг.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ дисциплины «Экология»

В результате изучения дисциплины «Экология» специалист должен знать:

теоретические основы обеспечения экологической безопасности в процессе жизнедеятельности в системе "человек-среда обитания"; правовые, нормативно-технические и организационные основы обеспечения экологической безопасности; строение биосферы, классификацию экологических факторов среды; средства и методы повышения безопасности, экологичности и устойчивости технических средств и технологических процессов; методы исследования и определения уровней загрязнения частей биосферы; методы прогнозирования и проведения мониторинговых исследований состояния окружающей среды.

Специалист должен уметь:

проводить контроль параметров и уровня негативных воздействий на их соответствие нормативным требованиям; эффективно применять средства защиты от негативных воздействий; разрабатывать мероприятия по повышению безопасности и экологичности производственной деятельности; планировать и осуществлять мероприятия по обеспечению экологической безопасности производственных систем и объектов; планировать мероприятия по защите окружающей среды.

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи экологии, законы и методы экологии

Экология – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Главный объект изучения в экологии – экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов, их популяций (т. е. совокупность особей одного вида) и биосферы в целом.

Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. Достаточно вспомнить труды Аристодо н. э.), Плиния Старшего (23 – 79 н. э.), в которых обсуждалось значение среды обитания в жизни растений и животных. Первые природоохранительные акты на Руси известны с 9-12 веков, например свод законов Ярослава Мудрого, в которых были установлены правила охраны охотничьих и бортничьих угодий. История сохранила более 60 природоохранительных указов Петра 1. При нем же началось изучение богатейших ресурсов России. В 1805 году в Москве было основано общество испытателей природы.

В середине 19-го века ученые начали открывать принципы взаимоотношений растений и животных между собой и с окружающей средой. Эту область биологии назвали э к о л о г и е й. Термин “экология” (от греческого oikos - жилище, местообитание; logos - наука) был предложен Э. Геккелем в 1866 г.

Экология рассматривает пути влияния среды на организм, способность организмов жить и развиваться в конкретных условиях. Основной интерес для экологии представляют организмы, популяции, сообщества, экосистемы.

Общие задачи современной экологии:

1.  Раскрытие места и роли человека, цивилизации, техносферы в существовании экосферы планеты Земля с позиций экологических законов. Нахождение и уточнение естественно-научных критериев, определяющих экологическую совместимость биосферы и человека и количественные пределы развития техносферы.

2.  Экологизация сознания людей: формирование новой идеологии, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования.

3.  Всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов.

4.  Разработка прогнозов изменений биосферы и состояния окружающей человека среды при разных сценариях экономического и социального развития человечества.

5.  Формирование такой стратегии поведения человеческого общества, такой экономики и таких технологий, которые приведут масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и остановят глобальный экологический кризис.

Для исследования путей влияния среды на организм, способностей организмов жить и развиваться в конкретных условиях в экологии применяют несколько методовб

Методы экологии.

1.  Методы регистрации и оценки состояния среды (метеорологические наблюдения; измерение температуры, прозрачности, солености и химсостава воды; определение характеристик почвенной среды и т. п.; эколог вынужден иногда вносить специальные изменения в технику этих измерений и проявить немалую изобретательность, когда, например, нужно измерить температуру высиживающей птецнцов дикой птицы, определить состав воздуха в норе спящего сурка и т. п.; к этой же группе относят мониторинг – периодическое или непрерывное сежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды);

2.  Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и др. средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты деревостоя, состояния посевов, урожайности полей);

3.  Исследование влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов (здесь применяется экспериментальный подход, когда в лабораторных условиях регулируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных, а также анализируется применимость полученных на животных результатов к экологии человека; этим путем устанавливаются оптимальные и граничные условия существования организмов, нормы их реакции на факторы среды; в частности так определяется критические и летальные дозы химических и др. реагентов);

4.  Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах (например, создание и исследование искусственных сообществ и экосистем; лабораторное натурное моделирование взаимодействий друг с другом и окружающей средой);

5.  Методы математического моделирования (существуют близкие к реальным процессам математические модели техногенных эмиссий, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения реки; более сложное моделирование, например, экосистем, осуществляют с применением современной вычислительной техники).

Известны три закона в экологии: закон минимума Либиха, закон независимости факторов Вильямса и закон толерантности Шелфорда.

Закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Пример: если в почве полезные компоненты представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например, фосфор, содержится в количестве, близком к минимуму, то это может снизить урожай.

Закон независимости факторов: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа, солнечного света и т. д.

Закон толерантности Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимости данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности. Пример: некий организм способен существовать при температуре от -5 до 25ºС, т. е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур.

Литература

1.  , . Экология: М. ЮНИТИ, 2000.

2.  , Передельский . Изд. 6-е, доп. И переработ. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2003. – 576 с., с. 49 – 50.

3.  Горина лекций по экологии (введение). ТГУ. 2002.

4.  Степановских . М: ФНИТИ, 2001.

Блок самоконтроля

1.  Что является предметом изучения экологии?

2.  Каковы основные задачи экологии как синтетической науки?

3.  Какие методы применяются при изучении экологии?

4.  Каковы основные законы экологии?

Раздел. 1 Биосфера и человек

1.1 Структура биосферы. Состав биосферы. Границы. Основы биологической организации. Живое вещество биосферы, его формы. Условия и ресурсы среды. Устойчивость биосферы. Пределы устойчивости

Слово «биосфера» произошло от слияния двух греческих слов: bios – жизнь и sphere - шар. Под биосферой понимается жизненное пространство, т. е. область распространения живых организмов. Термин «биосфера» ввел в научное обращение австриец Э. Зюсс. Современное учение о биосфере создал выдающийся российский ученый, академик . Биосфера состоит из трех оболочек - твердой (литосфера), жидкой (гидросфера) и газообразной (атмосфера).

Согласно теории в состав биосферы входят следующие элементы: живое вещество - биомасса современных живых организмов; биогенные вещества - вещества, созданные живыми организмами, это органические и органоминеральные продукты - нефть, каменный уголь, торф, биогумус, лесная подстилка; биокосное вещество - смесь биогенного вещества с минеральными породами (почва, ил, природные воды, газоносные сланцы, нефтеносные сланцы); косное вещество - горные породы неорганического происхождения (магматического), слагающие земную кору. К косному веществу относятся также вода и воздух.

Совокупность элементов живой природы называют биомассой, включающей в себя простейшие микроорганизмы, растения, насекомых, животных, птиц, рыб и человека. Живое вещество обеспечивает интенсивный обмен веществ и энергии, а также формирует геологическую структуру неживой природы. В природе происходит непрерывная миграция (перемещение) химических соединений и элементов литосферы, гидросферы, атмосферы и живой природы. Согласно последним научным данным, толщина биосферы составляет от 40 до 50 км. Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озона), практически всю гидросферу и верхнюю часть литосферы на глубину до 3 км.

Кроме главных составных частей, в воздухе содержатся углекислый газ, аргон, водород, озон, водяные пары. Нижняя часть атмосферы называется тропосферой. Толщина слоя на полюсах составляет 7-8 км, в средних широтах - 10-12 км, над экватором - 16-18 км. В тропосфере образуются облака. «Второй этаж» атмосферы носит название стратосферы, высота до 60 км от уровня земли. Здесь стоит неизменно ясная погода, поскольку весь водяной пар сосредоточен в тропосфере. В стратосфере под воздействием космического излучения и других факторов молекулы кислорода О2 , содержащегося в воздухе могут образовать озон О3. В результате в стратосфере образуется озоновый слой. Максимальная концентрация озона в стратосфере отмечается на высоте 20-22 км от земной поверхности. Это слой атмосферы получил название озонового экрана. Следующий «этаж» атмосферы называют ионосферой. Воздушные слои ионосферы обладают высокой электропроводностью. Они отражают короткие радиоволны, что позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь. Ионосфера имеет вертикальную протяженность до 600-800 км от поверхности земли. Четвертый «этаж» атмосферы располагается на высоте км над землей. Его называют экзосферой. На высоте свыше 800 км в разряженном воздухе снижается содержание кислорода и азота. Здесь присутствует легкий газ гелий. На высотах свыше 1600 км от земной поверхности в воздухе преобладает самый легкий химический элемент - газ водород. Основной частью гидросферы является мировой океан, занимающий более 70% площади земного шара. В мировом океана сосредоточены основные запасы воды, причем это вода соленая. Часть пресной воды сосредоточена в ледниках и под землей в так называемых водоносных слоях, человек сегодня использует главным образом воду пресных озер и рек. Водяные пары, находясь в воздухе, задерживают в атмосфере тепло Земли. Литосфера - внешняя сфера твердой оболочки Земли. Исследуя сейсмические колебания, ученые выяснили, что твердая оболочка делится на три основные части.

Верхняя часть - её называют земной корой - простирается в глубь Земли на 50-75 км в районах континентов и на 5-10 км на дне Мирового океана. Ниже коры располагается мантия - очень плотная и сильно нагретая часть Земли, под мантией, в центре - земное ядро.

Наибольшей биологической активностью обладает тонкий слой литосферы - почва. В состав почвы входит твердое органическое вещество - гумус или перегной почвы, который служит основным источником питания для растительных организмов. Для образования 1 см гумуса в естественных условиях требуется 600-800 лет. Роль литосферы проявляется ещё и в том, что земная кора представляет «кладовую» полезных ископаемых.

Блок самоконтроля

1.  Что такое биосфера?

2.  Какова структурная организация биосферы?

3.  Каковы границы биосферы?

4.  Перечислите основы биологической организации.

5.  Каковы формы живого вещества биосферы?

6.  В чем заключается условия и ресурсы среды?

7.  В чем заключается устойчивость биосферы и пределы устойчивости?

Литература

2.  Экология для технических вузов. Под общ. Ред. В. М, Гарина. – 2-е изд. доп. перераб. – Ростов н/Д, Феникс, 2003. – 377с.

  1.2. Структура экосистемы

Понятие биогеоценоза, экосистемы. Экологические факторы. Популяции. Динамика популяций. Сообщества. Понятие экологической ниши. Биотический круговорот. Факторы среды

В природе популяции разных видов объединяются в биологические системы более высокого ранга - сообщества или биоценозы.

Биоценоз (от греческого bios - жизнь, koinos - общий) - это организованная группа популяций растений, животных и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды. К типичным наземным сообществам относятся хвойные леса, смешанные леса, луг, степь, болото. Сообщества растений, животных и микроорганизмов взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой и образуют экосистему или биогеоценоз (тропический лес, тайга, тундра). Экосистемы не изолированы друг от друга. Многие виды растений и животных можно встретить в двух или нескольких различных экосистемах (перелетные птицы мигрируют между экосистемами). Несмотря на разнообразие экосистем, всем им свойственна одинаковая структура.

Основными показателями популяции являются её численность и плотность.

Численность популяции - это общее количество особей на данной территории. Она никогда не бывает постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению её численности.

Плотность популяции определяется количеством особей на единицу площади. Плотность популяции так же изменчива, как и численность. При возрастании численности особей возможно расселение популяции с расширением её ареала. Размеры популяции могут возрастать в результате иммиграции из соседних популяций или за счет размножения особей.

Под средой обитания понимают часть природы, которая окружает организм и, с которой он непосредственно взаимодействует. Свойства и состав среды многообразны и изменчивы. На организм действует множество элементов среды обитания. Элементы среды, необходимые организму или отрицательно на него воздействующие, называются экологическими

факторами.

Экологические факторы подразделяются на три группы:

Абиотические факторы - все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Среди них: световое излучение, давление, влажность воздуха, рельеф местности, течения, соленость воды, температура и др.

Биотические факторы - все формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм испытывает на себе прямое или косвенное влияние других живых существ, вступает в связь с особями своего вида и других видов - растениями и животными, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Среди них: растения, животные, микроорганизмы.

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания. Среди них: охота, рыболовство, мелиорация, ирригация, строительство, разработка Исторически приспосабливаясь к абиотическим факторам среды и вступая в определенные биотические связи друг с другом, животные, растения и микроорганизмы распределяются по различным средам и формируют многообразные сообщества, в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли., которая является средой жизни.

Среды жизни. Первой средой жизни стала вода. Именно в ней возникла жизнь. По мере исторического развития многие организмы стали заселять наземно-воздушную среду. В результате появились наземные растения и животные, которые приспосабливались к новым условиям существования в ходе эволюции.

В процессе жизнедеятельности живого вещества на суше поверхностные слои постепенно преобразовывались в почву. Таким образом, на современной Земле четко выделяются четыре среды жизни - водная, наземно-воздушная, почва и живые организмы.

Вода как среда обитания имеет ряд таких свойств, как большая плотность, сильные перепады давления, малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей. Кроме того, водоемы различаются солевым режимом, скоростью течения воды, перепадом температур. Плотность воды обеспечивает возможность опираться на неё, что особенно важно для бесскелетных форм. Опорность воды служит условием парения в воде. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяют в особую экологическую группу - п л а н к т о н. В составе планктона - одноклеточные водоросли, простейшие, медузы, мелкие рачки, мальки рыб. Животных, способных быстро плавать и преодолевать силу течения, объединяют в экологическую группу - н е к т о н. Это рыбы, кальмары, дельфины. Они имеют обтекаемую форму тела, сильно развитую мускулатуру.