Основы общей и прикладной экологии

Министерство образования и науки российской Федерации 

уральский Федеральный университет  
иМени первого президента россии б. н. ельцина

н. а. третьякова

основы общей  
и прикладной экологии

рекомендовано методическим советом урФу 
в качестве учебного пособия по дисциплине «экология» для студентов, 
обучающихся по программам бакалавриата и специалитета  
по направлениям подготовки 240100 (18.03.01) «Химическая технология», 
240700 (19.03.01) «биотехнология»,  
241000 (18.03.02) «энерго- и ресурсосберегающие процессы  
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»

2-е издание, стереотипное

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

удк 574.4(075.8)
ббк 20.1я73-1
 
т 666

р е ц е н з е н т ы: 
свердловская областная общественная организация
«центр экологического обучения и информации»
(директор кандидат химических наук л. в. струкова);
в. б. терентьев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
института химической переработки растительного сырья  
и промышленной экологии
(уральский государственный лесотехнический университет)

н ау ч н ы й  р е д а к т о р
кандидат химических наук, доцент М. г. Шишов

Третьякова, Н. А. 
т 666  
основы общей и прикладной экологии  [Электронный ресурс]:

учеб. пособие / н. а. третьякова ; [науч. ред. М.г. Шишов] ; 
М-во образования и науки рос. Федерации, урал. федер. ун-т. 
— 2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 
112 с. 

ISBN 978-5-9765-3255-7 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1442-3 (Изд-во Урал. ун-та) 

в учебном пособии рассматриваются вопросы общей и 
прикладной экологии, излагаются основы учения в. и. вернадского о 
биосфере, описываются экологические проблемы и освещаются 
основные направления деятельности по охране окружающей среды 
и рациональному природопользованию.
предназначено для бакалавров, обучающихся по направлениям 
240100 – «Химическая технология», 240700 – «биотехнология», 241000 – 
«энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, 
 нефтехимии и биотехнологии».

удк 574.4(075.8)
ббк 20.1я73-1

© уральский федеральный университет, 2015
ISBN 978-5-9765-3255-7 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1442-3 (Изд-во Урал. ун-та) 

ОглАвлеНие

От автора .....................................................................................................................6

Часть первая 
ОсНОвы Общей экОлОгии

1. история экологии .....................................................................................................8
1.1. предмет и задачи экологии ........................................................................8
1.2. периоды развития экологии .......................................................................9
2. популяционная экология (демэкология) ..............................................................10
2.1. понятие «популяция» ...............................................................................10
2.2. основные характеристики популяций .................................................... 11
2.3. структура популяций ...............................................................................13
2.4. динамика популяций ................................................................................15
3. синэкология ............................................................................................................18
3.1. понятие «биоценоз» .................................................................................18
3.2. Характеристики (свойства) биоценоза ....................................................19
3.3. стратегии видов в биоценозе...................................................................20
3.4. экологическая ниша .................................................................................21
4. экосистемы .............................................................................................................22
4.1. понятие «экосистема» ..............................................................................22
4.2. состав и функциональная структура экосистемы .................................23
4.3. саморегуляция и стабильность экосистем .............................................25
4.4. экологические сукцессии ........................................................................27
5. энергия в экосистемах ..........................................................................................27
5.1. баланс солнечной энергии на земле .......................................................27
5.2. потоки энергии в пищевых цепях ...........................................................29
6. круговороты элементов .........................................................................................31
6.1. биогеохимические принципы в. и. вернадского ..................................31
6.2. биогеохимические циклы.........................................................................31
6.3. возврат элементов в круговороты ...........................................................34
7. экологические факторы среды и их действие ....................................................35
7.1. среда обитания и условия существования .............................................35
7.2. абиотические факторы .............................................................................36
7.3. биотические факторы. типы биотических взаимодействий.................36
7.4. экологическая пластичность ...................................................................37
7.5. лимитирующие факторы .........................................................................38

8. биосфера ...............................................................................................................39
8.1. учение в. и. вернадского о биосфере..................................................39
8.2. состав и строение биосферы .................................................................40
8.3. эволюция биосферы ...............................................................................44
8.4. понятие «ноосфера» ...............................................................................46

Часть вторая  
ОсНОвы приклАдНОй экОлОгии

9. антропогенное воздействие на биосферу .........................................................48
9.1. понятие «антропогенное воздействие» ................................................48
9.2. воздействие человека на окружающую среду: периодизация ...........49
9.3. природопользование. концепции природопользования .....................50
9.4. рациональное природопользование ......................................................53
10. глобальные экологические проблемы ...............................................................54
10.1. экологические проблемы и экологический кризис .............................54
10.2. увеличение численности населения .....................................................55
10.3. истощение природных ресурсов ...........................................................56
10.4. деградация природных экосистем ........................................................56
10.5. парниковый эффект ................................................................................57
10.6. нарушение озонового слоя ....................................................................58
10.7. кислотные осадки ...................................................................................59
11. загрязнение окружающей среды ........................................................................60
11.1. понятие «загрязнение окружающей среды» ........................................60
11.2. Физическое загрязнение .........................................................................62
11.3. Химическое загрязнение ........................................................................62
11.4. биологическое загрязнение ....................................................................63
11.5. загрязнение окружающей среды промышленными  
предприятиями ........................................................................................64
12. нормирование качества окружающей среды ....................................................65
12.1. качество окружающей среды ................................................................65
12.2. гигиеническое нормирование ................................................................68
12.3. экологическое нормирование ................................................................71
13. Мероприятия по защите окружающей среды от вредного воздействия  
промышленных предприятий .............................................................................74
13.1. экологическая стратегия и политика развития производства ............74
13.2. защита атмосферы ..................................................................................76
13.3. защита гидросферы ................................................................................84
13.4. защита почвенного покрова ...................................................................93

14. Мониторинг окружающей среды ........................................................................98
14.1. Мониторинг как система наблюдения и контроля ...............................98
14.2. виды мониторинга ................................................................................100
14.3. экологический мониторинг .................................................................100
15. экономические и правовые аспекты рационального  
природопользования ..........................................................................................102
15.1. экологическая политика государства. система и принципы 
экологического законодательства ........................................................102
15.2. правовые документы по охране биосферы ........................................103
15.3. ответственность за экологические правонарушения ........................104
15.4. экономические механизмы регулирования  
качества окружающей среды ................................................................106

список использованной литературы .................................................................109

От автора

экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов со средой обитания и между собой, а также об организации 
и функ ционировании надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов, биогеоценозов и биосферы. освоение данной науки способствует правильному восприятию явлений, 
связанных с жизнью человека в окружающей его среде, формирует у будущего специалиста-химика современное представление 
о биосфере, о человеке как части природы, о единстве и целостности всего живого.
изучение студентами основ общей и прикладной экологии 
способствует:
 – освоению основных принципов, которыми следует руководствоваться при анализе взаимодействий в системе «человек – окружающая среда»;
 – формированию экологического мировоззрения.
овладевшие основами общей и прикладной экологии студенты будут:
з н а т ь:
 – основные экологические термины и законы, концепции развития окружающей среды;
 – организационно-правовые средства охраны окружающей 
среды в профессиональной деятельности;
 – характеристики опасных и вредных факторов производства;
 – экологические принципы рационального использования 
природных ресурсов и охраны природы;
 – основные методы снижения хозяйственного воздействия на 
биосферу;

у м е т ь:
 – использовать знания по общей экологии в дальнейшем 
обучении и практической деятельности;
 – анализировать экологическую ситуацию, связанную с определенными процессами;
в л а д е т ь:
 – приемами создания ресурсосберегающих, малоотходных 
и безотходных технологических процессов;
 – методами защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных предприятий;
 – методами экономической оценки ущерба от производственной деятельности.

Часть первая 
ОсНОвы Общей экОлОгии

1. история экологии

1.1. предмет и задачи экологии

слово «экология» образовано от греч. oikos – дом и logos – 
слово, учение, т. е. в буквальном смысле экология – это наука 
о место обитании организма.
термин «экология» предложил в 1866 г. немецкий зоолог 
э. геккель.
в центре внимания этой науки – то, что непосредственно связывает организм с окружающей средой, позволяя ему существовать в тех или иных условиях.
основным объектом изучения в современной экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные 
живыми организмами и средой обитания. кроме того, к предмету 
данной науки относится изучение отдельных видов организмов 
(организменный уровень), их популяций (популяционно-видовой 
уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).
изначально экология развивалась как составная часть биологической науки. на современном этапе экология представляет 
собой сложную комплексную дисциплину на стыке биологии, 
химии, физики, социологии, природоохранной деятельности, различных видов технологии и т. д.
по предмету исследования экология подразделяется на такие 
направления, как:
 – аутэкология (экология особей) – изучение связи отдельных 
организмов с окружающей средой;
 – демэкология (дэмоэкология, или экология популяций) – 
изучение структуры и динамики популяций отдельных 
видов;

– синэкология (биоценология, или экология сообществ) – 
изучение взаимоотношения сообществ и экосистем со средой обитания;
 – социальная экология – изучение взаимодействия и взаимосвязи человеческого общества с окружающей средой;
 – прикладная экология – изучение механизмов разрушения 
биосферы человеком, способов предотвращения этого процесса и разработка принципов рационального использования природных ресурсов.

для всех направлений экологии главной задачей является 
изучение механизмов выживания, саморегуляции живых организмов и их сообществ, адаптации к меняющимся условиям среды, 
устойчивости экосистем и биосферы в целом.

1.2. периоды развития экологии

экология, как и любая другая наука, формировалась в течение 
длительного времени. в истории ее становления и развития выделяют несколько периодов.
первый период – период древних цивилизаций, период накопления эмпирических знаний о природе  и зарождения основ экологических знаний.
второй период – эпоха возрождения. в этот период произошли великие географические открытия и началось изучение влияния природных факторов на живые организмы наряду со систематизацией накопленного материала. тогда же зародились основы 
научной систематики растений и животных.
третий период – появление науки экологии, предпосылкой 
чему послужила эволюционная теория Ч. дарвина. в теории дарвина говорилось о том, что каждый организм зависит не только от 
физических условий местообитания, но и от всех других живых 
организмов, окружающих его. приспособленность организма 
ко всем этим факторам определяет его дальнейшее существование. таким образом, возникла необходимость выделения новой 

науки, науки, изучающей взаимоотношения живых организмов 
друг с другом и с окружающей средой, – экологии.
Четвертый период – формирование учения в. и. вернадского 
и появление в экологии системной концепции. в работах вернадского рассматривались не только свойства живых организмов 
и воздействие на них неживой природы. этот естествоиспытатель 
и мыслитель показал влияние живых организмов на неживую природу и раскрыл ведущую роль живых организмов в аккумуляции 
и трансформации солнечной энергии. таким образом, труды вернадского сыграли важную роль в рассмотрении всех природных 
процессов как единой системы (в появлении системной концепции). в 1935 г. а. тэнсли ввел термин «экосистема», под которым 
понимаются целостные функциональные природные системы 
надорганизменного уровня, и указал на невозможность отделения 
организмов от окружающей среды.
пятый период – период современный. для экологии современного периода характерна биоцентричность: человек рассматривается сегодня как продукт эволюции биосферы, а его развитие – как 
процесс, параллельный развитию остальных организмов и подчиняющийся законам природы. современная экология – это уже 
наука не только о природных экосистемах, но и об экосистемах, 
созданных человеком. к задачам современной экологии помимо 
изучения законов функционирования экосистем относится и поиск 
оптимальных форм взаимодействия природы и человеческого 
сообщества.

2. популяционная экология (демэкология)

2.1. понятие «популяция»

п о п у л я ц и я  – это совокупность особей одного биологического вида, длительное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд, возможность свободно 
скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других 
популяций этого вида.

организмы каждого вида представлены несколькими популяциями, населяющими различные территории (рис. 1).

рис. 1. листья дуба, принадлежащие деревьям разных популяций 
[11, с. 53]

Между популяциями одного вида существуют разнообразные связи, поддерживающие вид как одно целое. однако если по 
каким-либо причинам популяция попадает в изоляцию от других популяций своего вида, это может привести к формированию 
нового вида живых организмов.
под воздействием условий среды обитания формируются 
физиологические, морфологические, поведенческие особенности 
организмов. при этом свойства организмов, принадлежащих разным популяциям, будут различаться между собой тем сильнее, чем 
более несходны условия их обитания и чем слабее между ними 
обмен особями.

2.2. Основные характеристики популяций

свойства, характеризующие популяцию, можно разделить на 
два вида:
 – биологические свойства – свойства, присущие каждому входящему в популяцию организму;
 – групповые (эмерджентные) свойства – свойства, присущие 
не отдельным особям, а популяции в целом.

иными словами, объединение организмов одного вида в популяцию (группу) проводится на основании ее качественно новых, 
эмерджентных свойств. к ним относятся:
 – численность;
 – плотность;
 – рождаемость;
 – смертность.

Ч и с л е н н о с т ь  п о п у л я ц и и  – общее число особей 
одного вида, населяющих конкретную территорию.
Численность популяции изменяется во времени (по годам, 
сезонам, от поколения к поколению) и зависит от внешних и внутренних факторов (рис. 2). колебания численности особей в популяции были названы русским биологом с. с. Четвериковым «волнами жизни».

1850       1860        1870       1880        1890       1900       1910        1920       1930

150

125

100

75

50

25

0

Заяц-беляк
Рысь

Год

Численность особей, тыс.

рис. 2. Численность популяции зайца-беляка  
и рыси в 1850–1930 гг. [10]

занимаемые разными популяциями территории (ареалы) 
могут значительно отличаться друг от друга по площади, поэтому 
сравнивать популяции по абсолютному числу особей не всегда 
целесообразно. в таких случаях численность популяции выражают в виде плотности.

п л о т н о с т ь  п о п у л я ц и и  – соотношение численности 
особей одного вида (или соответствующей ей биомассы) и площади 
или объема занимаемого популяцией (биомассой) пространства.
р о ж д а е м о с т ь  – число новых особей, появившихся за единицу времени вследствие размножения.
выделяют два вида рождаемости:
 – максимальную 
(абсолютную, 
или 
физиологическую) 
рождаемость – теоретически возможное количество особей, 
которые могут появиться на свет в идеальных экологических условиях при отсутствии каких-либо лимитирующих 
факторов, определяемое только физиологическими возможностями организмов;
 – экологическую (реализуемую) рождаемость – количество 
особей, появившихся на свет за определенный период в конкретных экологических условиях.
с м е р т н о с т ь  – это количество особей в популяции, погибших за определенный период времени.
различают:
 – физиологическую смертность (гибель особи в идеальных 
условиях в результате физиологической старости);
 – экологическую смертность (гибель особи в реальных условиях по различным причинам).

2.3. структура популяций

различают половую, возрастную, генетическую, пространственную и экологическую структуру популяций.
п о л о в а я  с т р у к т у р а  п о п у л я ц и и  – соотношение 
в популяции особей разного пола.
половая структура популяции формируется под воздействием 
генетических, физиологических и гормональных факторов. кроме 
того, формирование пола особей некоторых видов зависит от условий среды, например от температуры эмбрионального развития.
в о з р а с т н а я  с т р у к т у р а  п о п у л я ц и и  – соотношение 
в составе популяции особей разного возраста.