Экологические основы природопользования

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году







И.С. КОРОТЧЕНКО
О.В. РОМАНОВА




                ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ




УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ





Рекомендовано
                   Учебно-методическим советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный аграрный университет» для внутривузовского использования в качестве учебного пособия для студентов по специальностям 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства»,
                  35.02.08 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 35.02.13 «Пчеловодство», 35.02.14 «Охотоведение и звероводство», 19.02.08 «Технология мяса и мясных продуктов»



    znanium.com

электронно-библиотечная система
Москва ИНФРА-М 2024

УДК 502.1(075.32)
ББК 20.17я723
      К68

      Авторы:
         Коротченко И.С., кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры экологии и природопользования Красноярского государственного аграрного университета;
         Романова О.В., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры экологии и природопользования Красноярского государственного аграрного университета
      Рецензенты:
         Первышина Г.Г., доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры технологии и организации общественного питания Торгово-экономического института Сибирского федерального университета;
         Жирнова Д.Ф., кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник, исполняющий обязанности заведующего научно-образовательной лабораторией «Дендроэкология и экологический мониторинг» Хакасского технического института — филиала Сибирского федерального университета

      Коротченко И.С.
К68 Экологические основы природопользования : учебное пособие / И.С. Коротченко, О.В. Романова. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 153 с. — (Среднее профессиональное образование).

         ISBN 978-5-16-019009-9 (print)
         ISBN 978-5-16-111809-2 (online)
         В учебном пособии даны теоретические основы рационального природопользования, освещены вопросы охраны окружающей среды и международного сотрудничества. Оснащено заданиями, контрольными вопросами по курсу, основными терминами для организации практических, семинарских занятий, самостоятельной, исследовательской работы студентов. Список литературы содержит специальные и общеобразовательные работы.
         Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего поколения.
         Предназначено для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства», 35.02.08 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 35.02.13 «Пчеловодство», 35.02.14 «Охотоведение и звероводство», 19.02.08 «Технология мяса и мясных продуктов».

УДК 502.1(075.32)
ББК 20.17я723


©

ISBN 978-5-16-019009-9 (print)
ISBN 978-5-16-111809-2 (online)

Коротченко И.С., Романова О.В., 2023
Красноярский государственный аграрный университет, 2023

©

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ................................................5
ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЯ КАК КОМПЛЕКС НАУК, РЕГУЛИРУЮЩИЙ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА..............................................7
Вопросы для самопроверки ............................. 15
Практическая работа № 1. Экологические факторы ....... 15
Практическая работа № 2. Климатические факторы Красноярского края.................................................. 18
Практическая работа № 3. Колебания численности природных популяций .............................................21
Задания для самостоятельной работы по главе 1 .........24
ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ............................ 36
Вопросы для самопроверки...............................45
Практическая работа № 4. Методика изучения рационального использования и мониторинг атмосферного воздуха........45
Практическая работа № 5. Загрязнение сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами ................................... 53
Практическая работа № 6. Определение платы за загрязнение окружающей среды животноводческими комплексами ....... 55
Задания для самостоятельной работы по главе 2 .........59
ГЛАВА 3. ОСОБООХРАНЯЕМЫЕ ПРИРОДНЫЕ ТЕРРИТОРИИ. МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В                    ОБЛАСТИ
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ.................................... 64
Вопросы для самопроверки ............................. 75
Практическая работа № 7. Анализ радиационного состояния окружающей среды и ее компонентов с помощью дозиметра. 76
Практическая работа № 8. Оценка устойчивости и стабильности экосистем. Использование интродуцентов в       озеленении
г. Красноярска........................................ 82
Практическая работа № 9. Оценка санитарно-гигиенического состояния помещения .................................. 85
Задания для самостоятельной работы по главе 3..........90
Методические рекомендации для выполнения       студентами
внеаудиторной самостоятельной работы ................. 98

3

Методические указания для выполнения контрольных работ
студентами .......................................... 107
Тестовые вопросы для промежуточного контроля знаний . 131
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................... 145
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................... 146
ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................... 149

4

ВВЕДЕНИЕ


     Антропогенное воздействие на природу возрастает по мере роста численности населения, развития научно-технического прогресса, повышения числа и массы веществ, включаемых в хозяйственный оборот. Очевидно, при данных тенденциях возможны катастрофические последствия вплоть до гибели человечества.
     Природопользование - это совокупность процессов вовлечения в общественное потребление природных ресурсов: земель, лесов, полезных ископаемых, водных и других ресурсов с целью создания материальных благ и услуг. Для того чтобы показать неразрывную связь между эксплуатацией природных ресурсов и необходимостью их сохранения, говорят о рациональном природопользовании и охране природы. Рациональное природопользование - тип взаимоотношений человека с окружающей средой, при котором люди способны разумно осваивать природные ресурсы и предупреждать негативные последствия своей деятельности. Примером рационального природопользования служит создание культурных ландшафтов, применение малоотходных и безотходных технологий. К рациональному природопользованию относят внедрение биологических методов борьбы с вредителями сельского хозяйства. Рациональным природопользованием также можно считать создание экологически чистых видов топлива, совершенствование технологий добычи и транспортировки природного сырья и др.
     Цель учебного пособия - дать целостное представление об окружающей среде как сфере активного взаимодействия человека и природы, овладеть прочными знаниями законов развития природы, научными основами ее охраны и рационального использования ресурсов. Целесообразность такого единого экологического подхода бесспорна. Он предоставляет возможность рассмотрения экологических проблем в комплексе.
     В учебном пособии последовательно изложены теоретические и практические вопросы, отражающие основные разделы изучаемой дисциплины: экология как комплекс наук, регулирующий взаимоотношения природы и общества, структура биосферы, экосистемы, взаимоотношения организма и среды, экологические принципы рационального природопользования и охраны природы, глобальные проблемы окружающей среды, особоохраняемые природные террито

⁵

рии. Международное сотрудничество в области природопользования.
     Учебное пособие состоит из трех глав, в каждой приведен краткий теоретический материал, практические работы, задания для самостоятельной работы, вопросы и задания для самоконтроля.
     Данное издание предназначено для аудиторной и внеаудиторной (самостоятельной) работы студентов по дисциплине «Экологические основы природопользования», обучающихся по специальностям: 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства», 35.02.08 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 35.02.13 «Пчеловодство», 35.02.14 «Охотоведение и звероводство», 19.02.08 «Технология мяса и мясных продуктов».
     В результате изучения настоящего пособия студент должен: знать
     -      особенности взаимодействия общества и природы, основные источники техногенного воздействия на окружающую среду;
     -      основные законы развития и функционирования природных систем;
     -     принципы и методы рационального природопользования;
     -      основные источники техногенного воздействия на окружающую среду;
     -     понятия и принципы мониторинга окружающей среды;
     -      правовые и социальные вопросы природопользования и экологической безопасности;
     -      принципы и правила международного сотрудничества в области природопользования и охраны окружающей среды;
     -     природоресурсный потенциал Российской Федерации;
     -     охраняемые природные территории;
     -     условия устойчивого состояния экосистем;
     уметь
     -     оценивать состояние природных экосистем;
     -      анализировать и прогнозировать экологические последствия различных видов деятельности;
     владеть
     -      экологической номенклатурой и терминологией, навыками самостоятельной работы с научной литературой;
     -      приемами оценки экологичности производства и негативного воздействия его на окружающую среду.

6

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЯ КАК КОМПЛЕКС НАУК, РЕГУЛИРУЮЩИЙ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА

    Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.
    Термин «экология» ввел в употребление немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 г., и в дословном переводе с греческого он обозначает науку о доме (ойкос - дом, логос - слово, учение).
    Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой.
    Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии - экосистемы, то есть единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень), биотических сообществ, т. е. совокупностей популяций (биоценологический уровень), и биосферы в целом.
    Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой и т. д.
    Задачи экологической науки
    1.     Диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов. Определение порога выносливости биосферы к деятельности человека, изъятию природных ресурсов, загрязнению среды. Выяснение степени обратимости этих изменений.
    2.     Разработка прогнозов изменений биосферы и состояния окружающей среды при разных сценариях экономического и социального развития человечества.
    3.     Формирование новой идеологии, направленной на экологизацию экономики, политики, производства, образования.

7

     Экология включает четыре крупных раздела:
     Аутэкология - изучает взаимоотношения представителей вида с окружающей его средой; определяются главным образом пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам; исследуется действие среды на морфологию, физиологию и поведение организма.
     Демэкология - изучает экологию популяций, изучает структурные и функциональные характеристики, динамику численности популяций и другие экологические закономерности существования популяций.
     Синэкология - анализирует отношения между особями, относящимися к разным видам данной группировки организмов, а также между ними и окружающей средой.
     Глобальная экология - роль живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в создании земной оболочки (атмосферы, гидросферы, литосферы), ее функционировании.
     В современной экологии сталкиваются два разных подхода к проблеме взаимоотношений человека и природы.
     1.     Взаимоотношения строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. Это антропоцентрический, или технологический, подход. Человек подчиняет законы природы своим интересам и считает себя свободным от давления сил, которые действуют в природе. Проблемы окружающей среды представляются как следствие неправильного ведения хозяйства. Считается, что все проблемы можно устранить путем технической реорганизации и модернизации.
     2.     Человек как биологический вид остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой должен принимать ее условия. Это биоцентрический, или экоцентри-ческий, подход.
     Методы экологии
     Методическая основа современной экологии - это сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.
     Системный подход рассматривает любой объект экологии как систему или часть системы в силу всеобщей связи элементов живой природы.
     Натурные наблюдения включают методы количественного учета организмов, методы регистрации и оценки состояния среды (температуры, влажности и т. д.).

8

     Мониторинг - это периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды.
     Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для контроля за состоянием среды используют живые организмы, чувствительные к ее изменениям.
     Экспериментальным путем выясняют влияние факторов среды на жизнедеятельность организмов, устанавливаются оптимальные или граничные условия существования, определяют критические и летальные (смертельные) дозы химического или иного загрязнения, рассчитывают предельно допустимые концентрации.
     Моделирование позволяет рассматривать варианты сценариев и строить прогнозы развития, создать банки экологической информации.
     Организмы - реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ.
     Каждый организм успешно выживает и размножается в конкретной среде, характеризующейся относительно узким диапазоном температур, количества осадков, почвенных условий и др.
     Среда обитания организма - это комплекс абиотических и биотических условий жизни в определенном месте пространства. Свойства среды постоянно меняются в определенных пределах, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.
     Под экологическими факторами (по А.С. Мончадскому) понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями, или адаптациями. Подобное определение исключает такие элементы, как высота над уровнем моря или глубина в водоемах. Действие высоты осуществляется через температуру, инсоляцию, атмосферное давление; точно так же глубина влияет на водных обитателей через увеличение давления и уменьшение освещенности. Экологические факторы подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.
     Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические факторы.
     Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура.

9

     Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.
     Эдафические факторы, т. е. почвенные факторы, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и корневую систему растений.
     Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. В зависимости от организмов, оказывающих это влияние, их можно разделить на фитогенные (влияние растений), зоогенные (влияние животных), микробогенные, миксогенные.
     Антропогенные факторы - факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.).
     В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам.
     Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно. К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы.
     Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая валентность (экологическая пластичность).
     Экологически непластичные, т. е. маловыносливые виды, организмы с узким диапазоном адаптаций к факторам называются стено-бионтными (греч. стенос - узкий; биос - жизнь), более выносливые -эврибионтами (греч. эври - широкий). Например, стено (эври) терм-ный (t °С); -//- гидрический (Н2О); -//- галийный (соленость); -//- фаг-ный (питание).

10

     Очевидно, что для каждого живого организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости (толерантности). В этом суть закона толерантности, который был постулирован в 1911 г. англичанином В. Шелфордом на основании изучения размножения жуков-скакунов.
     В настоящее время сформулирован ряд положений, дополняющих закон толерантности:
     -      организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий в отношении другого;
     -      организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены;
     -      если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться и диапазон толерантности к другим экологическим факторам;
     -      период размножения является обычно критическим; в этот период многие факторы среды часто становятся лимитирующими (более узкие пределы толерантности для яиц, проростков, личинок и т. д., следовательно, распространение вида часто ограничивается этими стадиями).
     Лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами. Лимитирующие факторы обычно обуславливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов и сообществ. Поэтому крайне важно своевременно выявлять факторы минимального и избыточного значения, исключать возможности их проявления (например, для растений - сбалансированным внесением удобрений).
     Правило взаимодействия факторов. Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений - компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т. п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.
     Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания растений и т. п.).

¹¹

     Популяция - это элементарная группировка особей определенного вида, длительно существующих на определенной территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других особей того же вида.
     Численность популяции - это общее количество особей на данной территории или в данном объеме.
     Плотность популяции - определяется количеством особей или биомассой на единице площади или объема (150 растений сосны на 1 га, 0,5 г циклопов в 1 м³ воды).
     Наиболее широко при изучении животных популяций используется метод мечения и вторичного отлова. Его суть: пусть N - численность генеральной совокупности, А - число особей, помеченных при первом вылове (первичная выборка), В - общее число особей во втором вылове (вторичная выборка), С - число особей, оказавшихся помеченными во вторичной выборке. Поскольку AN = С/В, N = АВ/С. Принимаемые допущения: популяция стабильна (нет ни эмиграции, ни иммиграции); рождаемость и смертность равны нулю; первичная поимка не влияет на изменение поведения (пространственно-временной локализации особей), т. е. не изменяется вероятность их вторичной поимки.
     Рождаемость — это способность популяции к увеличению численности за счет размножения особей. Характеризует частоту появления новых особей в популяции.
     Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость - это число новых особей (ANn), появившихся за единицу времени (At). Удельная рождаемость - это скорость нарождения новых особей на особь в единицу времени. b = ANn /At N.
     Смертность популяции - это количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная смертность - это число особей, погибших в единицу времени (ANₘ).
     Биоценоз - это совокупность взаимодействующих между собой популяций разных видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию. Своеобразие биоценоза, то есть видовой состав и особенности взаимоотношений между видами, обеспечивается отличием этой территории от других соседних по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей (высота над уровнем моря, величина солнечного облучения и т. д.).
     Комплекс физических и химических показателей, изначально существовавших на данной территории, обозначают как экотоп. Однако в процессе жизнедеятельности организмов биоценоза эти факто

¹²