Охрана окружающей среды и энергосбережение в сельском хозяйстве

Охрана Окружающей среды 

и энергОсбережение 
в сельскОм хОзяйстве

Утверждено Министерством образования Республики 

Беларусь в качестве учебника для учащихся учреждений, 

реализующих образовательные программы среднего специального 
образования по направлению образования «Сельское хозяйство»

Под редакцией доктора биологических наук, 

профессора А. В. Кильчевского 

Минск
РИПО

2017

УДК  502/504+631/635(075.32)
ББК  20.1я723

О-92

А в т о р ы:

главный ученый секретарь Президиума Национальной академии наук 
Беларуси, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент 
А.В. Кильчевский; доцент кафедры сельскохозяйственной биотехнологии 

и экологии учреждения образования «Белорусская государственная 

сельскохозяйственная академия», кандидат биологических наук, доцент 

Т.В. Никанович; зав.  кафедрой сельскохозяйственной биотехнологии 
и экологии учреждения образования «Белорусская государственная 

сельскохозяйственная академия», кандидат сельскохозяйственных наук, 
доцент М.М. Добродькин; зав.  кафедрой сельскохозяйственной радиологии 

учреждения образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная 
академия», кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Г.А. Чернуха; доцент 

кафедры сельскохозяйственной биотехнологии и экологии учреждения 

образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», 

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент И.Г. Пугачева; доцент 

кафедры сельскохозяйственной биотехнологии и экологии учреждения 

образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», 

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А.Н. Иванистов; проректор 
по научной работе учреждения образования «Белорусская государственная 

сельскохозяйственная академия», кандидат сельскохозяйственных наук, 
доцент Ю.Л. Тибец; доцент кафедры сельскохозяйственной радиологии 

учреждения образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная 

академия», кандидат сельскохозяйственных наук, доцент И.И. Сергеева; 

доцент кафедры сельскохозяйственной биотехнологии и экологии учреждения 
образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», 

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А.А. Ходянков; старший 

преподаватель кафедры сельскохозяйственной биотехнологии и экологии 

учреждения образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная 

академия» М.О. Моисеева.

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия агротехнических дисциплин учреждения образования 

«Смиловичский государственный аграрный колледж» (Н.И. Ероховец); 
профессор кафедры экономики предприятий Академии управления при 
Президенте Республики Беларусь, доктор сельскохозяйственных наук, 

профессор Л.А. Веремейчик.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства об
разования Республики Беларусь.

ISBN 978-985-503-645-7                 © Оформление. Республиканский институт

профессионального образования, 2017

введение

Экология (от греч. oikos – дом и logos – наука) – био
логическая наука, изучающая взаимоотношения организмов 
между собой и со средой обитания. Основной предмет экологии – изучение экосистем, включающих растения, животных и микроорганизмы. Наиболее важными категориями для 
анализа экосистем являются энергия, материя и информация. 
Изучение этих категорий в экосистемах в процессе их развития и взаимодействия с окружающей средой – основная 
задача экологии.

Экология как наука базируется на знаниях в области фи
зики, химии, ботаники, зоологии, микробиологии, генетики, 
физиологии растений и животных и, в свою очередь, является 
фундаментальной наукой для ряда технологических дисциплин (земледелие, растениеводство, селекция, агрохимия, защита растений и др.).

Биологические науки изучают различные уровни органи
зации жизни: ген, клетку, орган, организм, популяцию, экосистему, биосферу. Предметом изучения экологии как науки 
являются уровни, начиная с организменного. 

Существует соподчиненность между уровнями органи
зации живого. Более простые уровни входят как основные 
элементы в более сложные. Однако на каждом более высоком 
уровне появляются свойства и закономерности, их описывающие, которых не было на предыдущем уровне. Этот принцип 
экологии – наличие у системы особых свойств, отсутствующих у элементов системы, называют принципом эмерджентности. Нельзя, например, описать процессы, происходящие 

Введение

в лесной экосистеме, только на основе знания свойств растений, животных, микроорганизмов без учета взаимодействий 
между ними.

Таким образом, экология изучает следующие уровни ор
ганизации живых систем: организм, популяция, экосистема, 
биосфера. Этим уровням соответствуют следующие разделы 
экологии:

аутэкология (экология особей) – изучает действие эколо
гических факторов на развитие растений, животных и микроорганизмов;

демэкология (экология популяций как естественных груп
пировок особей одного вида) – изучает численность и плотность, рождаемость и смертность популяции, динамику их 
развития в пространстве и во времени, взаимодействие со 
средой обитания;

синэкология (экология биогеоценозов или экосистем) – ис
следует взаимодействие биоценозов (совокупность взаимосвязанных популяций растений, животных и микроорганизмов) 
с биотопом (условия обитания биоценоза);

глобальная экология (учение о биосфере) – изучает зако
номерности формирования и развития биосферы как области 
существования живого вещества на планете, а также глобальные процессы, происходящие в литосфере, гидросфере и атмосфере; влияние антропогенного фактора на эти процессы.

Краткий очерк истории развития экологии. Формирова
ние и накопление сведений о взаимодействии организмов со 
средой обитания началось на заре человеческой цивилизации. 
Развитие научных основ экологии можно представить в виде 
краткой исторической сводки (см. табл.). 

Таблица 

Краткая история развития экологии 
(по К.М. Петрову, с дополнениями)

Год
Автор
Страна
Экологическая информация

384–285
до н. э.

Аристотель
Древняя 
Греция

«История животных» (классификация животных с учетом экологических факторов)

Введение

Год
Автор
Страна
Экологическая информация

370–285 
до н. э.

Теофраст
Древняя 
Греция

«Исследования о растениях» 
(описаны около 500 видов 
растений и их сообщества)

79–23 
до н. э.

Плиний 
Старший

Древний 

Рим

«Естественная история» 
(обобщены данные по зоологии, ботанике, лесному 
хозяйству)

1749
Линней К.
Швеция
«Экономия природы» (типология местообитаний; описана концепция равновесия 
в природе, применен системный подход к природе)

1749
Бюффон Ж.
Франция
«Естественная история» (высказаны идеи изменчивости 
видов под влиянием среды)

1798
Мальтус Т.
Англия
«Опыт о законе народонаселения» (предложено 
уравнение геометрического 
(экспоненциального) роста 
популяции)

1802
Ламарк Ж.Б.
Франция
«Гидрогеология» (заложены 
основы концепции о биосфере). Предложил термин 
«биология»

1809
Ламарк Ж.Б.
Франция
«Философия зоологии» 
(представление о сущности 
взаимодействия в системе 
«организм – среда»)

1840
Либих Ю.
Германия
Сформулировал закон минимума

1859
Дарвин Ч.
Англия
«Происхождение видов» 
(развитие эволюционного 
учения)

1861
Сеченов И.М.
Россия
«…Организм без внешней 
среды, поддерживающей его 
существование, невозможен; 
поэтому в научное определение организма должна 
входить и среда, влияющая 
на него»

1866
Геккель Э.
Германия
Предложил понятие «экология»

Продолжение табл.

Введение

Год
Автор
Страна
Экологическая информация

1870
Спенсер Г.
Англия
«Изучение социологии» 
(заложены основы экологии 
человека)

1875
Зюсс С.
Австрия
Предложил понятие «биосфера»

1877
Мёбиус К.
Германия
Предложил понятие «биоценоз»

1895
Варминг Е.
Дания
«Экологическая география 
растений» (впервые использован термин «экология» по 
отношению к растениям; 
предложено понятие «жизненная форма»)

1896
Хэдсон У.
Англия
Предложил понятие «волны 
жизни» для описания динамики численности животных

1900
Докучаев В.В.
Россия
«Учение о зонах природы» 
(заложены научные основы 
почвоведения и геоботаники)

1903
Раункиер К.
Дания
Создал учение о жизненных 
формах растений

1911
Шелфорд В.
США
Сформулировал закон толерантности

1912
Морозов Г.Ф.
Россия
«Учение о лесе» (классическая работа по изучению 
лесных сообществ)

1915
Высоцкий Г.Н.
Россия
Предложил понятие «экотоп»

1915
Пачоский И.К.
Россия
Предложил понятие «фитоценоз»

1918
Гамс Х.
Швейцария, 

Австрия

Предложил понятия «биоценология» – наука о сообществах живых организмов; 
«фитоценология» – наука о 
растительных сообществах

1922
Вавилов Н.И.
Россия
«Закон гомологических рядов 
в наследственной изменчивости» (выявлены закономерности параллельной 
изменчивости у родственных 
видов)

Продолжение табл.

Введение

Год
Автор
Страна
Экологическая информация

1926
Вавилов Н.И.
Россия
«Центры происхождения 
культурных растений» (установлена связь между очагами 
цивилизации и разнообрази-
ем культурных растений)

1926
Вернадский В.И.
Россия
«Биосфера» (определены 
глобальные функции живого 
вещества)

1927
Леруа Э.
Франция
Предложил термин «ноосфера»

1933
Кашкаров Д.Н.
Россия
«Среда и сообщества», 
«Осно вы экологии животных» (первые отечественные 
учебники по экологии)

1935
Тенсли А.
США
Предложил понятие «экосистема»

1939
Клементс Ф., 
Шелфорд В.

США
«Биоэкология» (впервые введен термин «биоэкология»)

1942
Сукачев В.И.
Россия
Предложил понятие «биогеоценоз»

1942
Линдеман Р.
США
Развил представление о 
трофических уровнях и 
«пирамиде энергии» (правило 
10 %)

1944
Вернадский В.И.
Россия
«Несколько слов о ноосфере»

1953
Одум Ю.
США
«Основы экологии» и «Экология» (учебники по экологии)

1963
Сочава В.Б.
Россия
Предложил понятие «геосистема»

1968
Форрестер Дж., 

Медоуз Д.

США
Выдвинули идеи глобальной 
экологии 

1971
Коммонер Б.
США
«Замыкающийся круг» (сформулированы четыре закона 
экологии) 

1994
Реймерс Н.Ф.
Россия
«Экология (теории, законы, 
принципы и гипотезы)» 
(систематизированы понятия современной «большой 
экологии»)

Окончание табл.

Введение

Современная экология изучает не только совокупность 

взаимосвязей в природных экосистемах – она выходит за рамки биологии, превращаясь в интегрированную науку, наводящую мосты между естественными, техническими и общественными дисциплинами, исследует общие закономерности, 
справедливые как для природы, так и для общества, учитывает специфику антропогенного воздействия на биосферу. 
Деятельность людей должна быть определена созидательным 
отношением к природе: человек – не покоритель, а защитник 
природы.

Методы экологических исследований. Специфика предме
та изучения экологии – анализ биологических систем различного уровня. Система – совокупность взаимосвязанных 
элементов, образующих единство. Системный подход – главный методический принцип в экологии. Он предполагает 
изучение элементов системы, сильных и слабых взаимодействий между ними. Методы изучения биологических систем 
различного уровня могут быть полевыми и лабораторными. 
В зависимости от сложности биосистем могут применяться 
методы различных биологических наук: генетики, ботаники, 
зоологии, микробиологии, биохимии и т. д.

Среди общих методов экологии различают наблюдение и 

эксперимент. Наблюдение предполагает обычно изучение биологической системы в естественных условиях путем фиксации определенных ее признаков (например, наступление фенофаз развития растений, учет численности насекомых и др.). 
Наблюдение носит пассивный характер и не изменяет связей, 
существующих в биосистеме.

Эксперимент предполагает опыт, воспроизведение объек
та познания, проверку гипотез о закономерной связи явлений. Эксперимент – исследование, при котором изучаемые 
объекты ставятся в условия, при которых можно изучить 
действие определенного фактора (или факторов) на систему. 
Эксперимент носит активный аналитический характер, поскольку может выявить причинно-следственные связи в анализе развития биосистем (например, действие мелиорации на 
растительность и животный мир, пестицидов на вредные и 
полезные организмы и т. д.).

Введение

Необходимость системного анализа и сложный характер 

взаимодействий в биосистемах вызывают потребность в использовании моделей для их адекватного описания. 

Модель – физическое или знаковое подобие реального 

объекта, явления или процесса, а моделирование – метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путем 
их упрощенного имитирования. Различают реальные модели, 
которые включают наиболее существенные элементы оригинала (например, аквариум как модель водной экосистемы), 
и знаковые модели, которые описывают модель с помощью 
математических формул, схем, алгоритмов, таблиц. Математическое моделирование получило широкое распространение 
в экологии. Модели должны быть достаточно просты и в то 
же время должны отражать главные особенности биосистемы, 
т. е. быть адекватными.

Главная цель построения и использования моделей в эко
логии – возможность прогнозирования динамики развития 
биосистем. Это особенно важно, если биосистема (популяция, биоценоз и др.) подвергается внешним, в первую очередь 
антропическим, воздействиям. Прогноз отдаленных экологических последствий хозяйственной деятельности человека позволяет предвидеть и уменьшить негативные эффекты, 
вносить коррективы в принимаемые решения.

Наблюдения, эксперименты и моделирование использу
ются в национальной системе мониторинга окружающей среды. Мониторинг – комплексная система наблюдений, оценки 
и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий и других факторов. Система мониторинга в зависимости от территориального охвата 
подразделяется на глобальный, региональный и локальный 
мониторинг.

Природные ресурсы. Природные ресурсы – объекты, усло
вия или процессы, используемые для удовлетворения потребностей общества. Природные ресурсы можно подразделить 
в зависимости от объекта природы на почвенные, водные, 
лесные, энергетические, ресурсы недр и т. д. По возможности замены ресурсы подразделяются на заменимые (например, 

Введение

различные источники энергии) и незаменимые (кислород воздуха, чистая вода и т. д.). По характеру воздействия человека 
и способности к возобновлению ресурсы делятся на исчерпаемые (объемы их ограничены) и неисчерпаемые (вечные). Следует отметить, что такое деление условно. 

Исчерпаемые ресурсы подразделяются на невозобнови
мые (недра), относительно возобновимые (почвы и др.), возобновимые (растения, животные, микроорганизмы).

Неисчерпаемые ресурсы делятся на космические (солнеч
ная радиация, энергия приливов и отливов), водные (общие 
запасы воды в биосфере), климатические (воздух, движение 
ветра, осадки).

Для сельского хозяйства особое значение имеют почвен
ные, водные, климатические ресурсы, ресурсы растений, животных и микроорганизмов, а также энергетические ресурсы. 
Последний фактор (ограниченные энергетические ресурсы) 
является одним из лимитирующих во всех видах деятельно сти 
человека, в том числе в сельскохозяйственном производстве. 
Потребление больших запасов энергии, в особенности из невозобновимых ресурсов (нефть, уголь, торф, природный газ), 
приводит к загрязнению природной среды. В связи с этим 
поиск альтернативных возобновимых экологически безопасных источников энергии – важная задача для человеческого 
общества. К числу альтернативных источников энергии относятся энергия Солнца (солнечные батареи), производство 
и использование биомассы, биогаза, использование энергии 
приливов и морских течений, геотермальных вод, энергии 
ветра, а также утилизация отходов.

В связи с большим объемом используемых природных ве
ществ и энергии проблема обеспеченности человечества природными ресурсами является глобальной. 

Размещение природных ресурсов по планете характеризу
ется неравномерностью. Это объясняется различиями в климатических и тектонических процессах на Земле и различными условиями образования полезных ископаемых в прошлые 
геологические эпохи. Далеко не одинаковы и запасы разных 
видов отдельных ресурсов. В результате не только между стра