Экология: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к проведению практических занятий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра приборов контроля и систем экологической безопасности

ЭКОЛОГИЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Для всех факультетов университета

Санкт-Петербург 2006

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Экология как научное направление относится к биологической науке, поэтому изучение этой дисциплины студентами технических специальностей должно иметь определенную специфику, связанную с взаимодействием хозяйственной деятельности человека с экологическими системами и окружающей средой. Целью дисциплины "Экология" является изучение основ взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их средой, влияния хозяйственной деятельности человека на экосистемы. В Большой Советской Энциклопедии отмечается, что "основная задача экологии на современном этапе - детальное изучение количественными методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком систем". Основное внимание уделяется изучению структуры биосферы, экосистем, взаимоотношений организмов и среды, экологических принципов рационального использования природных ресурсов и охраны природы, основ экономики природопользования, основ экологического права, профессиональной ответственности и международного сотрудничества в области охраны окружающей среды. Эволюция живых организмов, биосферы, природы на Земле является естественным этапом развития материи во Вселенной и длится миллиарды лет. История человечества насчитывает миллионы лет, и только последнее столетие поставило под вопрос устойчивость его дальнейшего развития. Развитие техногенной деятельности человечества, ускоренное наличием разума, быстро вошло в противоречие с ограниченными возможностями системы Земля - Солнце и нуждается в радикальной реорганизации. Это не означает, что человечество должно отказаться от прогрессивного развития, воспроизводства. В основе его развития должна быть осознанная необходимость соответствия природным процессам, обеспечивающим устойчивую эволюцию жизни. Вся деятельность человечества должна органично поддерживать сложившееся равновесие в природе путем создания разумных, жестких обратных связей от нанесения ущерба окружающей среде до немедленной ликвидации причин нанесения ущерба.

з

4

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем - 70 часов) ВВЕДЕНИЕ (2 часа) Экология - наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей средой. Предмет и основные задачи экологии. Связь экологии с другими науками. Разделы экологии. Подходы и методы экологии: экосистемный подход, популяционный, эволюционный и исторический подходы. Аутоэкология и синэкология. Геологическая история Земли и формирование природной среды. Происхождение жизни на Земле и формирование биосферы. Уровни организации жизни. Появление человека разумного (Homo-sapiens) и человеческого общества. Роль и значение человеческого общества в формировании природной среды. Единство общества и природы. Развитие общества, научнотехнический прогресс и природная среда. Роль экологии в решении практических задач. Математическое моделирование при решении экологических проблем. Вклад российских и зарубежных ученых в изучение природной среды и создание экологической науки. 3.1. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК (12 часов) 3.1.1. Структура биосферы Состав биосферы и область ее размещения. Атмосфера и ее структура, химический состав атмосферы, значение содержания отдельных газов в атмосфере на формирование и развитие биосферы. Гидросфера, ее состав и структура. Распределение вод гидросферы, взаимодействие гидросферы с биосферой. Литосфера, ее состав и структура. Взаимодействие литосферы с гидросферой и атмосферой. Педосфера и ее роль в биосфере как биомембраны Земли. Круговорот веществ, организмов и энергии в природе и их виды. Геологический и биологический круговорот. Круговорот углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и других химических элементов. Роль фотосинтеза в природе. 3.1.2. Основы учения В.И. Вернадского о биосфере Основные идеи В.И. Вернадского о биосфере. Биосфера как область существования живого вещества. Роль живого вещества в формировании единой планетарной экологической системы высшего по5

рядка. Биогенное и биокосное вещества как продукты жизнедеятельности живых организмов. Вещественный состав биосферы по Вернадскому и основные биогеохимические функции живого вещества. 3.1.3. Влияние на биосферу

хозяйственной

деятельности

человека

Взаимодействие человека с окружающей средой. Основные формы воздействия человека на биосферу. Основные факторы негативного воздействия человека на биосферу. Влияние хозяйственной деятельности человека на круговорот веществ в биосфере. Техногенные загрязнения биосферы в результате хозяйственной деятельности человека. Радиационное загрязнение природной среды. 3.2. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ (20 часов) 3.2.1. Взаимодействие организма и среды Фундаментальные свойства живых систем. Уровни биологической организации (схема 1, с. 36). Организм как дискретная самовоспроизводящаяся открытая система, связанная со средой обменом вещества, энергии и информации. Разнообразие организмов. Источники энергии для организмов. Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез и дыхание: кислород атмосферы как продукт фотосинтеза. Основные группы фотосинтезирующих организмов (планктонные цианобактерии и водоросли в морях и высшие растения на суше). Хемосинтез, жизнь в анаэробных условиях. Основные группы гетеротрофов (бактерии, грибы, животные). Трофические отношения между организмами: продуценты, консументы и редуценты. Гомеостаз (сохранение постоянства внутренней среды организма); принципы регуляции жизненных функций. Возможности адаптации организмов к изменениям условий среды. Толерантность и резистентность. Экологическая валентность. Типы и уровни адаптации, ее генетические пределы. Эврибионты и стенобионты. Гомойо- и пойкилотермность. Принципы воспроизведения и развития различных организмов. Особенности зависимости организма от среды на разных стадиях жизненного цикла. Критические периоды развития. Энергетика и рост организма.

б

3.2.2. Условия и ресурсы среды Представление о физико-химической среде обитания организмов; особенности водной, почвенной и воздушной сред. Абиотические и биотические факторы (схема 2, с. 37). Экологическое значение основных абиотических факторов: тепла, освещенности, влажности, солености, концентрации биогенных элементов. Заменимые и незаменимые ресурсы. Сигнальное значение абиотических факторов. Суточная и сезонная цикличность. Лимитирующие факторы. Правило Либиха, закон Шел форда. Взаимодействие экологических факторов. Распределение отдельных видов по градиенту условий. Представление об экологической нише; потенциальная и реализованная ниша. Биотестирование и биоиндикация как методы контроля качества среды. Стресс как экологический фактор. Экологические и физиологические ритмы в природе. 3.2.3. Популяции Определение понятий "биологический вид" и "популяция". Иерархическая структура популяций; расселение организмов и межпопуляционные связи. Популяция как элемент экосистемы. Статические характеристики популяции: численность, плотность, возрастной и половой состав. Биомасса и способы ее выражения: сырой и сухой вес, энергетический эквивалент. Методы оценки численности и плотности популяции. Характер пространственного размещения особей и его выявление. Случайное, равномерное и агрегированное распределение. Механизмы поддержания пространственной структуры. Территориальность. Скопления животных и растений, причины их возникновения. Регуляция численности популяций в природе. Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, скорость популяционного роста. Таблицы и кривые выживания. Характер распределения смертности по возрастам в разных группах животных и растений. Экспоненциальная и логистическая модели роста популяции. Специфическая скорость роста популяции, "плотность насыщения" как показатель емкости среды, чистая скорость размножения. Динамика биомассы. Понятие о биопродуктивности. 3.2.4. Сообщества Биоценозы (сообщества), их таксономический состав и функциональная структура. Типы взаимоотношений между организмами: симби-

оз, мутуализм, комменсализм, конкуренция, биотрофия (хищничество в широком смысле слова). Межвидовая конкуренция. Эксплуатация и интерференция. Принцип конкурентного исключения. Условия сосуществования конкурирующих видов. Конкуренция и распространение видов в природе. Отношения "хищник - жертва". Сопряженные колебания численности хищника и жертвы. Сопряженная эволюция. Видовое разнообразие как специфическая характеристика сообщества. Динамика сообществ во времени. Циклические и необратимые процессы. Сериальные и климаксовые сообщества. 3.2.5. Экосистемы Определение понятия "экосистема". Экосистемы как хорологические единицы биосферы. Составные компоненты экосистем, основные факторы, обеспечивающие их существование (схема 3, с. 38). Развитие экосистем: сукцессия. Основные этапы использования вещества и энергии в экосистемах. Трофические уровни. Первичная продукция - продукция автотрофных организмов. Значение фото- и хемосинтеза. Чистая и валовая продукция. Траты на дыхание. Основные методы оценки первичной продукции. Деструкция органического вещества в экосистеме. Биотрофы и сапротрофы. Пищевые цепи "выедания" (пастбищные) и пищевые цепи "разложения" (детритные). Потери энергии при переходе с одного трофического уровня на другой. Экологическая эффективность; "пирамида продукций" и "пирамида биомасс". Микро- и макроредуценты. Климатическая зональность и основные типы наземных экосистем. Тундры, болота, тайга, смешанные и широколиственные леса умеренной зоны, степи, тропические влажные леса, пустыни. Первичная продукция разных наземных экосистем. Взаимосвязи разных компонентов наземных экосистем. Значение почвы как особого биокосного тела. Полнота биотического круговорота. Особенности сукцессии наземных экосистем. Водные экосистемы и их основные особенности. Отличия водных экосистем от наземных. Планктон, бентос, нектон. Основные группы продуцентов в водной среде: фитопланктон, макрофиты, перифитон. Роль зоопланктона и бактерий в минерализации органического вещества. Детрит. Вертикальная структура водных экосистем. Континентальные водоемы: реки, озера, водохранилища, эстуарии. Олиготрофные и евтрофные водоемы. Антропогенное евтрофирование водоемов. Биологическая структура океана. Неритические и пелагические области. Зоны подъема вод. Интенсивность первичного продуцирования в различных частях Мирового океана. 8

Емкость и устойчивость экосистем. Экологическое равновесие. Разнообразие видов как основной фактор устойчивости экосистем. 3.2.6. Основные экологические законы Закон биогенной миграции атомов. Закон внутреннего динамического равновесия. Закон генетического разнообразия. Закон исторической необратимости. Закон константности и его связь с количеством живого вещества биосферы. Закон корреляции. Закон максимума биогенной энергии. Закон минимума (закон Ю. Либиха). Закон ограниченности естественных ресурсов. Закон однонаправленности потока энергии. Закон оптимальности. Закон пирамиды энергий. Закон равнозначности условий жизни. Закон развития окружающей среды. Закон совокупного действия естественных факторов (закон Митчерлиха—Тинемана— Бауле). Закон толерантности (закон Шелфорда). Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия). Закон физико-химического единства живого вещества. 3.2.7. Биоразнообразие и устойчивость природной среды Характеристика устойчивости экосистем в России. Распределение характеристик устойчивости экосистем в России. Нарушенность природных экосистем. Причины снижения устойчивости экосистем и их видового разнообразия. Редкие виды животных и растений России. Современное состояние лишайников, мхов, сосудистых растений, беспозвоночных животных, позвоночных животных, круглоротых рыб, амфибий и рептилий, птиц, млекопитающих. 3.3. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ (12 часов) 3.3.1. Характеристика природных ресурсов Значение природных ресурсов в развитии общества. Роль отечественных и зарубежных ученых в изучении природных ресурсов. Характеристика понятия "природные ресурсы". Освоение природных ресурсов и ресурсопотребление. 3.3.2. Классификация природных ресурсов Классификация природных ресурсов по происхождению. Ресурсы природных компонентов. Ресурсы природно-территориальных комплек9

сов. Классификация природных ресурсов по видам хозяйственного использования. Энергетические и неэнергетические ресурсы. Ресурсы сельскохозяйственного производства. Классификация природных ресурсов по признаку исчерпаемости. Исчерпаемые ресурсы: не возобновляемые, возобновляемые, относительно (не полностью) возобновляемые. Неисчерпаемые ресурсы: солнечная энергия, климатические, энергия приливов. 3.3.3. Состояние природных ресурсов Минеральные ресурсы. Топливно-энергетическое сырье. Нетрадиционные энергоресурсы. Металлы. Агроклиматические ресурсы. Ресурсы климата. Агроклиматическое районирование. Водные ресурсы. Запасы воды на планете. Водохозяйственный баланс и его категории. Мировое водопотребление. Земельные ресурсы. Земельный фонд мира и его структура. Сельскохозяйственные земли. Агроприродный потенциал и агроландшафты. Агроландшафтные пояса. Продовольственная проблема. Лесные ресурсы. Общая характеристика лесов мира. Использование лесов. Поражение лесов в результате загрязнения. Воспроизводство лесных ресурсов. Прогнозы состояния лесных ресурсов. 3.4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (8 часов) 3.4.1. Влияние научно-технического прогресса на состояние окружающей среды Основная характеристика современного развития человеческого общества и факторы влияния научно-технического прогресса на состояние окружающей среды. Экологический кризис и его характерные черты. "Парниковый" эффект, разрушение озонового слоя, "кислотные" осадки. 3.4.2. Экология и здоровье человека Экологическое состояние окружающей среды и ее влияние на здоровье человека. Вредные вещества и излучения в окружающей среде и их степень опасности для человека и окружающей природной среды.

10

3.5. СОЦИАЛЬНО-ПРАВОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (16 часов) 3.5.1. Принципы экологического воспитания в обществе Роль экологического воспитания детей и школьников. Деятельность партии "зеленых" и других общественных организаций и их значение в экологическом воспитании общества. Значение печати, радиовещания и телевидения в экологическом информировании общества. Экологическая хартия Земли (Декларация ООН по вопросам окружающей среды и развития, принятая в 1991 г. в Рио-де-Жанейро). 3.5.2. Экологическое образование Состояние экологического образования. Экологическая подготовка в начальной и средней школе. Состояние среднего специального и высшего экологического образования в стране. Переподготовка и повышение квалификации специалистов в области охраны окружающей среды. Подготовка научных кадров высшей квалификации в области охраны окружающей среды. 3.5.3. Природоохранительное законодательство Экологическое право и состояние природоохранительного законодательства в РФ. Закон РФ "Об охране окружающей природной среды". Основные принципы охраны окружающей природной среды. Объекты охраны окружающей среды. Государственные природоохранные организации и службы предприятий. Компетенция законодательных и исполнительных органов власти РФ, республик в составе РФ, автономных областей и округов, краев, областей и органов местного самоуправления в области охраны окружающей среды. 3.5.4. Право граждан на здоровую и благоприятную окружающую природную среду Право граждан на охрану здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей природной среды. Полномочия граждан в области охраны окружающей природной среды. Полномочия общественных экологических объединений в области охраны окружающей природной среды. Государственные гарантии экологических прав граждан и общественных объединений. 11

3.5.5. Экологические требования при эксплуатации предприятий, сооружений и выполнении иной деятельности Общие экологические требования при эксплуатации предприятий, сооружений и иных объектов. Экологические требования в сельском хозяйстве, при планировании, проектировании, выполнении мелиоративных работ, к энергетическим объектам, при проектировании, строительстве, реконструкции городов и других населенных пунктов, при использовании радиоактивных материалов, при использовании химических веществ в народном хозяйстве, к военным и оборонным объектам и военной деятельности. 3.5.6. Особо охраняемые природные территории и объекты Природно-заповедный фонд РФ. Государственные природные заповедники. Государственные природные заказники. Национальные природные парки. Памятники природы. Охрана редких и находящихся под угрозой исчезновения растений и животных. Охрана природы курортных и лечебно-оздоровительных зон. Охрана зеленых зон. 3.5.7. Экологический контроль Задачи экологического контроля. Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей среды. Государственный экологический контроль. Производственный экологический контроль. Общественный экологический контроль. 3.5.8. Ответственность за экологическое правонарушение Виды ответственности за экологическое правонарушение. Дисциплинарная ответственность за экологические проступки. Материальная ответственность должностных лиц и иных работников, виновных в причинении вреда экологическим правонарушением. Административная ответственность за экологические правонарушения. Профессиональная экологическая подготовка руководящих работников и специалистов. Распространение экологических знаний. Научные экологические исследования.

12

3.5.9. Возмещение вреда, причиненного экологическим правонарушением Обязанность полного возмещения вреда, причиненного экологическим правонарушением. Порядок возмещения вреда. Возмещение вреда, причиненного здоровью граждан неблагоприятным воздействием окружающей среды. Возмещение вреда, причиненного имуществу граждан Исковые требования о прекращении экологически вредной деятельности. Экологическое страхование. 3.5.10. Чрезвычайные экологические ситуации Зоны чрезвычайной экологической ситуации. Зоны экологического бедствия. Мероприятия по предотвращению экологических аварий. 3.5.11. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды Принципы международного сотрудничества. Международные договоры в области охраны окружающей среды. Обязанности иностранных юридических лиц и граждан, лиц без гражданства по соблюдению природоохранительного законодательства РФ и республик в составе РФ. Взаимодействие международного и национального права в области предупреждения трансграничного загрязнения. Международное сотрудничество по предупреждению трансграничного загрязнения.

13

4. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ (12 ЧАСОВ) И ЗАОЧНОЙ (8 ЧАСОВ) ФОРМ ОБУЧЕНИЯ Тема лекций 1. Биосфера и человек 2. Основы экологии 3. Природные ресурсы 4. Глобальные проблемы окружающей среды 5.Социально-правовые принципы экологической безопасности

Объем, час. Очно-заочная Заочная 3 2 4 3 1 2 1 1 1

1

5. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (4 ЧАСА) 1. Экология и надорганизменные уровни организации жизни. Функциональное деление живых организмов (Методические указания, схема 1). 2. Классификация экологических факторов, примеры действия на живые организмы и популяцию. Экологическая ниша (Методические указания, схема 2). 3. Характеристики популяции. Динамика численности популяции (Методические указания, п. 10.1). 4. Массовые и энергетические потоки в экологической системе (Методические указания, схемаЗ). 5. Народонаселение Земли и прогноз численности человечества (Методические указания, п. 10.1). 6. Пределы роста численности человечества (Методические указания, п. 10.2, табл.1). 7. Расчет загрязненности атмосферного воздуха в районах СанктПетербурга (Методические указания п. 10.4).

14

6. ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНОЙ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Потапов А.И., Цыплакова Е.Г. Экология: Учеб. пособие. -СПб.: СЗТУ, 2005. -275 с. 2. Потапов А.И. Вредные вещества и излучения в окружающей среде. В 5 томах: Научное, учеб.-методическое, справ, пособие. Том 1. Вредные вещества и качество окружающей среды. -СПб.: СЗТУ, 2005.455 с. 3. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. - Ростов н/Д: Феникс, 2001. - 384 с. 4. Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы: Учеб. пособие для вузов. - СПб.: Химия, 1997.-352 с. 5. Богдановский Г.А. Химическая экология. - М.: МГУ, 1994.-238с. 6. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: Учеб. пособие. - СПб.: ДЕАН, 2000. - 224 с. 7. Одум Ю. Экология. В 2 т. - М : Мир, 1986. - 376 с. 8. Реймерс Н.Ф. Экология. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. - М.: 1994. - 350 с. 9. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология: Учеб. пособие для вузов. - СПб.: Химия, 1996. - 240 с. Дополнительная 10. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: В 4-х кн. Кн. 1. Народонаселение и пищевые ресурсы / Пер. с англ. - М.: Мир, 1994.340 с. 11. Сытник К.М. и др. Словарь-справочник по экологии. - Киев: Наукова думка, 1994. - 665 с. 12. Шилова Е.И., Банкина Т.А. Основы учения о биосфере: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во СПбГУ, 1994. - 200 с. 13. Ерофеев Б.В. Экологическое право: Учебник для вузов по спец. "Правоведение". - М.: Высш. школа, 1992. - 398 с. 14. Окружающая среда: Энциклопедический словарь-справочник /Пер. с нем. - М.: Прогресс, 1993. - 640 с.

15

7. ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ 1. Геологическая история Земли и формирование природной среды. 2. Происхождение жизни на Земле и формирование биосферы. 3. Роль и значение человеческого общества в формировании природной среды. 4. Развитие общества, научно-технический прогресс и природная среда. 5. Вклад российских и зарубежных ученых в изучение природной среды и создание экологической науки. 6. Атмосфера и ее структура, влияние атмосферы на формирование и развитие биосферы. 7. Гидросфера, ее состав и структура. 8. Литосфера, ее состав и структура. 9. Круговорот веществ, организмов и энергии в природе. 10. Основные идеи В.И. Вернадского о биосфере. 11. Влияние хозяйственной деятельности человека на биосферу. 12. Экология и ее основные научные направления. 13. Сообщества живых организмов и их местообитания 14. Экологические факторы. 15. Антропогенные факторы экологии, искусственные экосистемы, факторы хозяйственной деятельности человека. 16. Экология популяций. 17. Сообщества и экосистемы. 18. Систематика живых организмов по способам питания. 19. Разновидности биогеоценоза по продуктивности. 20. Критерии устойчивости биогеоценозов. 21. Рациональное использование экосистем. 22. Значение природных ресурсов в развитии общества. 23. Классификация природных ресурсов. 24. Состояние природных ресурсов. 25. Основная характеристика современного развития человеческого общества и факторы влияния научно-технического прогресса на состояние окружающей среды. 26. Экологический кризис и его характерные черты. 27. Экологическое состояние окружающей среды и ее влияние на здоровье человека. 28. Экологическое воспитание и образование в обществе. 29. Экологическое право и состояние природоохранительного законодательства в РФ. 30. Международное сотрудничество в области экологии. 16

8. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ТЕКУЩЕГО ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ 1. Назовите предмет и основные задачи экологии. 2. Какова роль и значение человеческого общества в формировании природной среды? 3. Дайте характеристику состава биосферы и области ее размещения. 4. Какое влияние на формирование и развитие биосферы оказывает содержание отдельных газов в атмосфере? 5. Дайте характеристику гидросферы, ее состава и структуры. 6. Дайте характеристику литосферы, ее состава и структуры. 7. Какую роль играет круговорот веществ, организмов и энергии в природе на развитие биосферы? 8. Какая средняя продолжительность общего цикла обмена углерода, азота и воды, вовлеченных в биологический круговорот? 9. Назовите основные факторы негативного воздействия человека на биосферу. 10. Назовите основные принципы взаимодействия организма и среды. 11. Экологическое значение основных абиотических факторов. 12. Представление о физико-химической среде обитания организмов. 13. Дайте определение понятий "биологический вид" и "популяция". 14. Назовите основные динамические характеристики популяции. 15. Дайте характеристику взаимоотношений между организмами. 16. Дайте оценку видового разнообразия как специфической характеристики сообщества. 17. Дайте определение понятия "экосистема". 18. Основные этапы использования вещества и энергии в экосистемах. 19. Назовите основные типы экосистем. 20. Классификация природных ресурсов. 21. Состояние природных ресурсов. 22. Влияние научно-технического прогресса на состояние окружающей среды. 23. Экологический кризис и его характерные черты. 24. Экологическое право и состояние природоохранительного законодательства в РФ. 25. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды. 17

9. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ В процессе изучения дисциплины "Экология" студент должен выполнить контрольную работу. При подготовке к выполнению контрольной работы необходимо ознакомиться с соответствующими разделами конспекта лекций и рекомендованной учебной литературой. Решение задачи необходимо производить в следующей последовательности. Вначале необходимо наметить ход решения задачи и собрать все исходные данные для расчета. Каждый этап расчета следует сопровождать теоретическим обоснованием (письменным пояснением), приведением необходимых расчетных выражений, а также результатами вычислений, путем использования исходных данных. Все расчеты должны производиться в единицах Международной системы (СИ). Контрольная работа, включающая условия задачи и ход ее решения, выполняется в тетради. Выполненная контрольная работа сдается (высылается) в университет на рецензирование или представляется преподавателю, прибывшему на учебную точку, для проверки и рецензирования. Работы, оформленные небрежно и без соблюдения указанных выше требований, на рецензирование не принимаются. Варианты и значения исходных данных задач контрольной работы определяются студентом по его шифру и должны строго соответствовать приведенным ниже указаниям по их выбору. Поощряется выполнение студентами различных самостоятельных работ (расчеты, исследования, разработки и др.), связанных с решением природоохранных мероприятий предприятия, на котором работает студент. Такие работы могут заменять контрольную работу, предлагаемую настоящими методическими указаниями, после согласования темы самостоятельной работы с преподавателем и надлежащим образом оформленные для представления на проверку и рецензирование. Содержание задания и исходные данные Прогноз численности человечества Рост народонаселения усугубляет экологические проблемы и перспектива ограничения роста, регулирования численности человечества становится актуальной. Из рассмотрения демографических данных видно (см. рис.3, с. 24), что прогрессивный рост численности человечества начал ослабевать в середине XX в., несмотря на огромный абсолютный прирост. Рассмотрение пределов численности (табл. 1, с. 35) предлагает 18

альтернативные варианты прогноза, что должно подкрепляться проведением соответствующей экономической и моральной политики. Исходные данные, характеризующие воспроизводство и убыль в популяции: - доля воспроизводящих особей (женщин) Кж=0.5; - среднее время половой зрелости воспроизводящей особи (женщины) Тпз=30+Х, где X - предпоследняя цифра шифра зачетной книжки; среднее время жизни особи Тс= 70+У, где У - последняя цифра шифра зачетной книжки. Предлагается рассчитать следующий сценарий прогноза. 1 этап - затухающий характер роста численности. Исходя из современных демографических данных рассчитать логистическую кривую роста народонаселения Земли в XXI в. с ограничением по максимальной численности до 2050 г. 2 этап - стабилизация численности. Определите условия обеспечивающие постоянство численности. Отвести на реализацию 2-го этапа 50 лет. 3 этап - сокращение численности. Рассчитать изменение численности по уравнению биотического потенциала до 2150 г. при реализация принципа "одна семья - один ребенок". Приведите график изменения численности человечества во времени для Вашей программы. В чем Вы не согласны с приведенным подходом к планированию численности человечества и Ваши предложения по решению проблемы устойчивого развития человечества? Как она изменится при увеличении продолжительности жизни человека? Указания к выполнению задачи Ознакомьтесь с методическими материалами к проведению практических занятий. В нем изложены формулы, необходимые для решения задачи. На 1-м этапе сохраняется тенденция в росте численности человечества, сложившаяся в последние 20-30 лет. При падении темпов рост численности моделируется по логистической кривой (3) с ограничением максимально возможной численности N м a x =9 млрд чел. Все остальные константы определяются из начальных условий: N0=6 млрд чел., То=2000 год и Фо=2. Константа К в (3) определяется из (4) при начальных значениях Ф0 иN : 0

19

Для составления графика вычисления произвести через каждые 10 лет вплоть до 2050 г. Это время необходимо для подготовки человечества к стабилизации численности. Стабилизация численности на 2-м этапе достигается рождаемостью, обеспечивающей "нулевой" прирост. Фертильность Ф о , отвечающая этому условию, находится из (7) при Кпр=0. Численность, достигнутая к 2050г., остается постоянной до 2100 г. Средняя деторождаемость, обеспечивающая постоянство численности, находится по формуле (8) при Кд=0.71. На 3-м этапе реализация программы "одна семья - один ребенок" равносильна условию Д=1. Используя уравнения (7,8) находится коэффициент прироста численности Кпр. Если Кпр<0, то это означает, что численность человечества сокращается. Изменение численности рассчитывается по формуле биотического потенциала (2), при То=2100 и N 0 =N 2100 . Для составления графика вычисления произвести через каждые 10 лет вплоть до 2150 г. Оформите расчеты Вашего прогноза и сопроводите их графиком изменения численности человечества в 2000-2150 гг. Примечание: при отсутствии средств вычисления экспоненциальной функции можно воспользоваться приближенной формулой разложения в ряд EXP(z)=l+z+z2/2.

20

10. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 10.1. Моделирование изменения численности популяции Объектом изучения популяционной экологии служит популяция. Ее определяют как совокупность организмов одного вида (внутри которой особи могут обмениваться генетической информацией, т.е. беспрепятственно размножаться), занимающую конкретное пространство и функционирующую как часть биотического многовидового сообщества. Популяция характеризуется рядом признаков, единственным носителем которых является совокупность особей, но не отдельные особи популяции: - плотностью - численностью на единицу пространства; - рождаемостью, смертностью, возрастным составом; - сосуществованием и антагонизмом; - связями, устанавливающимися между особями в популяции; - этологической структурой популяции: - семьей, стаей, стадом у животных, - колонией у микроорганизмов и низших растений, - группой деревьев, кустов, трав и т.п. у высших растений. Численность популяции определяется в основном двумя противоположными явлениями - рождаемостью и смертностью. Пусть N=f(t) численность популяции, dN/dt - скорость изменения численности в момент времени t, а отношение dN/(dt·N) - удельная скорость изменения численности популяции. Такой подход позволяет установить общие закономерности для разобщенных популяций различной численности. Так, в популяции инфузорий с исходной численностью 100 особей и с численностью 200 особей через час рост популяции равен 100 особей в час, а рост популяции в расчете на одну особь равен 100/100*1 = 1 особь в час. Таким же образом определяют рождаемость и смертность. Если dNp/dt - скорость рождения особей в популяции, то коэффициент рождаемости Kp=dNp/(dt·N), если dNc/dt - скорость убывания за счет смерти особей, то коэффициент смертности Kc=dNc/(dt·N). Так как dN=dNp-dNc, то коэффициент прироста численности равен Кпр=Кр-Кс и представляет собой удельную скорость изменения численности изолированной популяции, в которой нет ни эмиграции, ни иммиграции. При развитии популяции коэффициент изменения численности - не что иное, как биотический потенциал - врожденная (специфическая) скорость естественного 21

увеличения популяции, называемый раметром. Из предположения, что

иногда

мальтузианским

па-

(1) (2) где N o - численность популяции в исходный момент времени t0; N - ее численность в момент времени t. Зависимость численности популяции от времени будет выражаться экспоненциальной кривой а (рис.1 ).

В природе в основном наблюдается иная картина. Прежде всего коэффициент прироста не остается постоянным, так как рождаемость и смертность меняются в зависимости от условий среды и возраста организмов, а пища и территория редко предоставлены в достаточном объеме. Чаще всего реальный рост численности популяции выражается S-образной зависимостью, которую называют логистической кривой ростаδ (рис. 1 ). Пространство, заключенное между биотическим потенциалом и логистической кривой роста, представляет собой сопротивление среды. Уравнение логистической кривой отличается от уравнения биотического потенциала (1) корректирующим фактором: (1 - N/Nмax), где N м a x - максимальное число особей, способных жить в рассматри22

ваемой среде. Отсюда кривой имеет вид

выражение для производной логистической

или после интегрирования получим (3) Относительный прирост, определенный как прирост численности в единицу времени на одну особь, будет равен (4) и меняется от до 0 . Значения коэффициентов рождаемости и смертности зависят от очень многих факторов, действующих на популяцию извне, а также от собственных ее свойств. Определим коэффициент рождаемости из следующих предположений: в популяции численностью N при доле воспроизводящих особей, дающих потомство Кж за время равное полному возрасту половой зрелости (сумма предрепродукционного и репродукционного периода), Т пз прирост численности будет К ж Ф·N, где Ф - фертильность: среднее количество потомства приходящееся на одну воспроизводящую особь. Тогда коэффициент рождаемости на одну особь в единицу времени (5) Коэффициент смертности определим аналогично (6) где Т с - средний возраст наступления смерти. Коэффициент изменения численности (7) При Кпр<0 численность популяции уменьшается по экспоненциальному закону (2), при К„р>0 численность развивающейся популяции в стабильном экологическом сообществе изменяется по формуле (3) (ло23

гистической кривой) с ограничением на максимальную численность, что связано с ограниченностью пищевых и иных ресурсов. Формула (3) не отражает колебаний численности (рис.2), связанных со сложностью пищевых цепей, проявлением не постоянных абиотических факторов. Косвенно влияние эпидемий, болезней, флуктуации климата учитывается изменением коэффициентов рождаемости и смертности на определенных временах развития популяции.

Рис.3. Изменение численности человечества при отсчете с 2000 г. до 2060 г. На примере человечества рассмотрим реальную динамику изменения численности вида. Анализ статистики населения Земли показывает, что уже с уровня человеко-обезьяны рост численности шел с увеличением относительного прироста вследствие отсутствия постоянного "хищника" на человека и его разумной деятельности. На рис. 3 приведены данные по изменению численности человечества в млн чел. начиная с 2000 г. и до 2060 г. Видно проявление автомодельной зависимости вплоть до 60-х годов XXI столетия н.э. До этого времени развитие человечества шло со скоростью пропорциональной N/(T2000-T), а относительный прирост рос пропорционально N 1 . 4 , и начиная с 1970 г. человечество начинает реагировать на объективные факторы, связанные с изменением экологической стабильности в природе, и на субъективные факторы - ослабление иммунитета, нарастание вредных привычек (алкоголизм, наркомания), войны, травматизм, 24

ограниченность пищевых ресурсов, загрязнение окружающей среды, программы регулирования народонаселения т.д.

Рис. 4. Изменение относительного прироста населения Земли в XX в. и прогноз при ограничении максимальной численности человечества На рис.4 приведены данные по изменению относительного прироста численности человечества в XX в. и прогноз его изменения в XXI в. Видно, что сегодня рост численности происходит при уменьшении относительного прироста численности, что позволяет надеяться на появление тенденции к сокращению численности человечества в будущем. Описание изменения численности человечества на этапе с уменьшением относительного прироста и прогноз на будущее целесообразно вести по логистической кривой, учитывающей ограничение биотического потенциала популяции. На рис.4 представлен вариант расчета по уравнению (3) с ограничением роста численности до 9 млрд чел. На рис. 5 приведено сравнение расчетов по рассмотренным зависимостям с данными статистики.

25

Анализ данных показывает, что в течение сотен тысяч лет численность человечества росла без всяких внешних ограничений, но в XX в., несмотря на все достижения технического прогресса, темпы прироста стали уменьшаться. Люди, особенно в развитых странах, осознают ограниченность природных ресурсов, во всем мире явно и неявно идет борьба за них. Высокий уровень технологий, обеспеченный высоким уровнем энергопотребления, позволяет удовлетворить потребности населения в пище и товарах. Престиж и богатство начинают измеряться возможностью владения экологически чистыми ресурсами. В развивающихся странах, наоборот, часто возникает проблема недостатка продовольствия, низкий уровень технологий приводит к загрязнению окружающей среды. Несмотря на эти различия, более или менее разный уровень потребления, в целом над человечеством нависла проблема сокращения численности, чтобы предотвратить полное разрушение стабильного состояния биосферы. Из формулы (7) можно определить среднее значение фертильности, обеспечивающее максимальный относительный прирост в 2% при времени половой зрелости 40 лет, при средней длительности жизни 70 лет и примерном равенстве количества женщин и мужчин

26

т.е. в среднем на каждую женщину приходится по 3 детей. При Кпр=0.01, достигнутом в конце XX в. Ф 2.

В действительности число рожавших женщин меньше, так как не все достигли возраста Т т или не имели детей по разным причинам. Предположим, что доля рожавших женщин и проживших T n j составляет Кд, тогда Д=Ф/КД,

(8)

где Д - среднее количество детей, приходящееся на одну рожавшую женщину. Полученные значения отражают реальную действительность при Кд = 0,71. Снижение деторождаемости было достигнуто без применения насильственных методов. Из примера развитых стран следует, что нация, не опасаясь за свое существование, может поддерживать постоянный уровень численности и увеличение доходов ведет к снижению деторождаемости. Условие постоянства численности соответствует Кпр=0. При этом фертильность равна а средняя деторождаемость составляет Из рис. 5 видно, что такая тенденция снижения прироста населения приведет к постоянству численности человечества на уровне 8-9 млрд чел. к концу XXI в. (расчеты проведены по уравнению (3) с начальными условиями 1970 г.). Итак, анализ динамики численности человечества показывает, что примерно 1 млн лет человечество размножалось по автомодельному закону с увеличивающимся коэффициентом относительного прироста. Неограниченный рост численности объяснялся отсутствием "хищника" для человека и его разумной деятельностью. Так продолжалось до XX в. н.э., когда прирост пошел на млрд чел., что рано или поздно должно было войти в противоречие с ограниченными возможностями Земли. Начиная со 2-й половины XX в н.э. темпы прироста численности, достигнув максимума 2,0-2,5 %, стали уменьшаться, как реакция на проявление ограниченных возможностей. Вряд ли этот факт имеет локальное проявление, потому что численность в 6 млрд чел. по всем оценкам становится соизмеримой с критической. Рассмотрим различные оценки предельных возможностей для роста численности человечества.

27

10.2. Климатический, биологический и экологический пределы роста численности человечества 10.2.1. Средние характеристики климата Земли, в частности среднегодовая температура, обладают достаточным постоянством. Основной видовой состав биоты адаптирован к существующему климату и его наблюдаемым флуктуациям. Поэтому для сохранения существующей биоты недопустимо воздействие на климат, приводящее к превышению естественных флуктуации. Среднетемпературные флуктуации климата не превосходят 10 градусов за 105 лет, 1 градуса за 104 лет и составляют 0.1 градус за времена порядка 100 лет. В соответствии с законом Стефана - Больцмана изменение температуры на 0.1 К происходит при изменении потока излучения на 0.1%. Так как солнечное излучение, падающее на поверхность Земли, имеет порядок 1017 Вт, то в течение нескольких десятков лет допустимо без ущерба для существующего климата и живых организмов изменение этого потока на величину 100 ТВт (0.1%). Это изменение может быть вызвано как антропогенным изменением парникового эффекта или альбедо, так и дополнительными к солнечной энергии источниками: сжиганием ископаемого топлива, ядерной энергетикой, облучением Земли отражателями со спутников Земли, поглощением падающего солнечного излучения (при таянии льда как источника пресной воды), получением энергии за счет разности поверхностной и глубинной температур, использованием солнечной энергии пустынь и транспортировкой этой энергии в области с максимальной концентрацией населения. В любом случае, получение дополнительной энергии и ее пространственное перераспределение, перестройка бюджета солнечной энергии на поверхности Земли по сравнению с установившимися не должны превышать 100 ТВт. Использование внешней энергии человеком на земной поверхности означает перевод ее в тепловую энергию. Генерация тепловой энергии неизбежно увеличивает приземную температуру Земли в соответствии с законом Стефана - Больцмана. Принципиально невозможно отводить отработанную тепловую энергию с земной поверхности, избегая связанного с этим нагрева земной поверхности. С поверхности Земли может быть отведена без изменения приземной температуры лишь сама внешняя (солнечная) энергия. Например, за счет увеличения альбедо отражательной способности земной поверхности часть солнечной энергии может быть отражена обратно в космос. Но тогда эта энергия не вызовет на Земле никаких процессов, т.е. не будет использована. Охлаждение поверхности Земли при фиксированном производстве тепла на ней возможно только за счет ослабления парникового эффекта и за 28

счет транспирации - испарения воды растениями (200 (просо) - 800 (рожь) кг воды/кг растения). В общем потоке испарения воды на суше доля транспирации растениями составляет 0,6. Скорость испарения с поверхности океана в 2 раза больше скорости испарения с поверхности суши. Современное энергопотребление человечества составляет 10 ТВт, и, следовательно, допустимо увеличение энергопотребления по сравнению с современным уровнем примерно в 10 раз. Таков климатический предел. Дополнительный к солнечному глобальный поток энергии, вызываемый сжиганием ископаемого топлива, достиг 10 ТВт, или 0,02 Вт/м2. В то же время антропогенное увеличение концентрации парниковых газов (СО2 СН4, О 3 N2O, CFC1-1, CFC1-12) привело к усилению теплового излучения поверхности Земли в совокупности на 2 Вт/м2, что соответствует глобальной дополнительной мощности 1000 ТВт, что в 100 раз превосходит энергопотребление человечества и в 10 раз климатический предел. Однако эта тепловая мощность может привести только к увеличению температуры Земли и не может быть использована в упорядоченных процессах, поддерживаемых солнечной мощностью и мощностью сжигания ископаемого топлива. Поэтому рост парникового эффекта вызывает наибольшие опасения с точки зрения влияния на климат и определяет невозможность дальнейшего увеличения энергопотребления за счет сжигания ископаемого топлива. 10.2.2. Полная биосферная мощность первичной продукции определяется водным режимом на суше и структурой глубоководных сообществ в океане. Она поглощает 100 ТВт солнечной мощности и находится на пределе мощностей, не изменяющих естественные температурные флуктуации. Это не случайное совпадение - мощность биосферы достигла наибольшей мощности, совместимой с устойчивостью климата. Энергетика фотосинтеза растений позволяет увеличить мощность биоты по крайней мере на порядок, например, путем замены всех обычных С3 - растений на С 4 - растения, к которым относятся кукуруза и сахарный тростник. Если бы человек поднял среднюю эффективность фотосинтеза (0.2%) на порядок (к чему неудержимо стремятся исследователи), то это означало бы катастрофическую перестройку бюджета солнечной энергии. Такая тенденция столь же опасна, как и чрезмерное потребление энергии. Она соответствовала бы нарушению климатического предела. Потому полная биосферная мощность биоты не может быть увеличена в рамках современного климата. 29

Согласно закону сохранения энергии, в рамках стабильного климата в антропогенный канал может быть переведено не более полной мощности всей глобальной биоты, т.е. не более 100 ТВт. Это соответствует увеличению антропогенной доли потребления, т.е. пищи людей, скота и потребления древесины, примерно на порядок по сравнению с существующей величиной. Таков биологический предел. Рост антропогенной доли потребления продукции биосферы (0.14 кВт/чел.=300 кг зерна/год, из них 12% в виде животной продукции) обеспечивается ростом общего энергопотребления человечества (2.5 квт/чел). В настоящее время последнее опережает первое за счет невозобновимых ресурсов, т.е. % увеличения урожайности требует гораздо большего % увеличения затрат энергии (денег). Это отражает сильное сопротивление естественной биоты разрушающим воздействиям человека. 10.2.3. Рост парникового эффекта вызван изменением водного режима суши, увеличением концентрации атмосферного СО2. Последнее традиционно связывают со сжиганием ископаемого топлива. Климатический предел в результате антропогенного возмущения парникового эффекта уже в 10 раз превышен по сравнению с биологическим. Поэтому главным направлением борьбы за сохранение окружающей среды в глобальных масштабах считают сокращение выбросов ископаемого углерода путем перехода к другим "экологически чистым" источникам энергии. После осуществления подобного перехода и прекращения выбросов ископаемого углерода в атмосферу в режиме экономии энергии можно было бы, как предполагается, дойти до биологического предела раньше, чем до климатического. Однако оба эти предела, исходящие из возможной доли перераспределения энергии, не учитывают условий, сложившихся в стабильной (равновесной) естественной экосистеме биотического сообщества. Реально существующим пределом роста человечества является экологический предел. Он связан с поддержанием устойчивости окружающей среды и действия принципа Ле Шателье в естественной биоте. Есть все основания полагать, что этот предел превышен на порядок величины. И именно это, а не сжигание ископаемого топлива является причиной роста парникового эффекта и превышения на порядок величины климатического предела. Если бы антропогенное возмущение биоты суши было бы много меньше порога ее разрушения, то современные выбросы ископаемого углерода полностью компенсировались бы поглощением из атмосферы невозмущенными биотами суши и океана. Роста концентрации атмо30

сферного СО2 в этом случае не наблюдалось бы. Переход к так называемым "экологически" чистым источникам энергии (гидроэлектростанции, атомная энергетика, прямое использование солнечной энергии, энергии ветра, приливов и т.д.) решает локальные проблемы, но не предотвращает антропогенного возмущения глобальной биоты, так как оно определяется величиной энергопотребления, а не его источником. Поэтому скорость глобального разрушения окружающей среды не может уменьшиться при замене одного источника энергии на другой при сохранении или увеличении мощности источника. Улучшение экологической ситуации может произойти только при сокращении мощности антропогенного энергопотребления до экологического предела. Нарушение экологического предела приводит к разрушению естественных сообществ биоты, прекращению компенсирующего действия принципа Ле Шателье в биоте и нарушению устойчивости окружающей среды. Обоснование величины экологического предела 10.2.3.1. Допустимая доля потребления биоты растительноядными позвоночными в естественных устойчивых экосистемах (рис.6 ) составляет 0,7% (энергетическая пирамида). Антропогенное потребление (людей, скота, древесины) достигло сегодня 7% продукции биоты. Тем самым человечество отнимает (уничтожает) пищу у мелких беспозвоночных, потребляющих основную массу биоты и выполняющих основную стабилизирующую роль в экосистемах. 10.2.3.2. Изменение содержания углекислого газа в атмосфере. Углерод является основой органических соединений и, соответственно, основой всех живых организмов. Его содержание в биосфере пропорционально массе живых организмов, а баланс органического и неорганического углерода в биосфере отражает круговорот углерода и связанные с ним процессы. Из рис.7 видно, что начиная с 1800 г. стабильный эволюционный состав атмосферы, существовавший в течение десятков тысяч лет, начал изменяться вследствие антропогенной деятельности. Соответственно, за счет физико-химических процессов на поверхности океана начало изменяться содержание диоксида углерода (СОг) в океане. Устойчивость биосферы проявилась в стабилизации состава атмосферы при повышенном содержании углерода, но с 1950 г. дальнейшее возрастание антропогенной деятельности привело к нарушению локального равновесия, и сегодня процессы в биосфере носят переходный характер, последствия которых не ясны.

31

Приведенные факты свидетельствуют о том, что численность человечества на уровне 1700-1800 гг. н.э. является предельной с точки зрения существования устойчивой биосферы. В табл. 1. (с. 35) приводится сводка различных подходов к оценке пределов численности человечества.

Горизонтальные линии (рис. 6): Р - глобальная валовая первичная продукция всей биосферы; V - глобальное потребление естественных растительноядных позвоночных, совпадает с порогом экологически допустимого антропогенного потребления продукции биосферы. Кривые линии: мощность сжигания ископаемого топлива; антропогенное потребление (пища людей и скота, потребление древесины) продукции биосферы; сокращение органических запасов на суше. Области: I - экологически разрешенная величина антропогенного потребления. Все антропогенные возмущения биоты и окружающей среды компенсируются естественной биотой; II - экологически запрещенная для антропогенного потребления область. Глобальное потребление первичной продукции в этой области осуществляется в устойчивом режиме мелкими беспозвоночными естественной биоты, которые выполняют основную работу по стабилизации окружающей среды. Антропогенное потребление в ней приводит к вытеснению естественных сообществ, к разрушению устойчивости биоты и окружающей среды. 32

Изменение состава углеродного баланса углерода за последние три столетия происходило за счет: - потребления ископаемого топлива при изъятии из природных ресурсов; - уменьшения содержания органического углерода на суше вследствие сокращения лесов и плодородных земель - увеличения содержания углерода в атмосфере и океане 10.3. Моделирование изменения численности человечества в XXI веке Из оценки запасов по углероду 4000 Гт и при сохранении ежегодного расхода органических невозобновимых ресурсов в углеродном исчислении 6 Гт/год можно оценить максимальное время, необходимое человечеству для перехода в состояние экологического равновесия с окружающей природой: 4000/6=670 лет. При пропорциональной численности населения, расходе органических невозобновимых ресурсов и принятом допущении об ограничении роста численности это время сокращается до 480 лет. С учетом роста энергопотребления человечества время исчерпания невозобновимых ресурсов ~100 лет. 33

Если человечество за это время не найдет возможности для расселения людей на другие планеты (Марс) за счет прямого использования солнечной или термоядерной энергии, что маловероятно, то придется решать проблему сокращения численности населения Земли. За это время человечество для сохранения жизни на Земле должно реализовать программу сокращения численности до 1 млрд. чел. Из анализа выражения для коэффициента изменения численности (7) видно, что уменьшения К в человеческом обществе невозможно достичь за счет сокращения среднего возраста жизни, за счет увеличения возраста половой зрелости, что противоречит сохранению качества генной информации, за счет уменьшения доли женских особей. Остается только возможность регулирования показателя фертильности. Наиважнейшая задача человечества в XXI в. - это стабилизация численности. Основными объективными условиями для этого являются отсутствие экспансии между нациями и обеспеченная старость. Более того, должны быть подготовлены моральные, экономические и политические условия обеспечения снижения численности. Если решение проблемы снижения численности будет найдено, человечество займет свою экологическую нишу, и тогда у него появится возможность участвовать в эволюционном преобразовании природы.

34

Таблица I Оценка пределов численности человечества Климатический предел По допустимой величине климатических флуктуации

Биологический предел Из допущения о полном потреблении продукции биосферы

ЭнергопотреблеПолный перевод ние человечества биологической просоставляет 10 ТВт. дукции в антропоДопустимо его генное потребление увеличение до равен 100 ТВт. Пол100 ТВт. Последное энергопотреблествия парникового ние, включая энерэффекта из-за уве- гию пищи, индустличения содержа- рии материалов и ния углерода в ат- транспорта, составмосфере эквиваляет 104 Вт/чел. лентны 1000 ТВт. Максимальная численность 10 млрд чел. Ограничения те Решение проблеже: снижение вымы "парникового бросов углерода эффекта" (ядерная энергети- отсутствие выка) и охлаждение бросов углерода, поверхности Земли снижение температуры Земли за счет транспирации растений

Экологический предел По сохранению По сохранедоли потребле- нию устойчиния животными вости биосфев стабильной ры экосистеме Доля потребле- Изменение ния биоты рас- состава атмотительноядны- сферы из-за ми позвоночантропогенноными в естест- го сжигания венных устой- органических чивых экосиуглеродных стемах менее ресурсов на1%(1 ТВг)и чиная с 1800 соответствует г. при численчисленности ности человечеловечества в чества 1 млрд 1750 г. 600 млн чел. чел. Сокращение численности человечества с выходом на экологический предел

35

36

37

38

10.4. Расчет загрязненности атмосферного воздуха в районах Санкт-Петербурга При рассмотрении ряда тем курса "Экология", в частности посвященных экологическому контролю, мониторингу, организации управления окружающей средой и др., слушателям необходимо приобрести навыки и опыт в изучении и применении технологий работы с основными данными, оценке состояния окружающей среды или ее отдельного компонента, оценке риска и управления в условиях риска. Предлагаемый методический материал преследует цель познакомить студентов с современными методами оценки состояния атмосферного воздуха и самостоятельно провести ряд расчетов применительно к конкретным районам или зонам Санкт-Петербурга. Содержание задания и исходные данные Источниками загрязнения атмосферного воздуха в СанктПетербурге являются почти 129 тысяч стационарных объектов, а также автомобильный транспорт. На его долю приходится почти 70 % всех выбросов зафязняющих веществ (ЗВ) от общего объема всех загрязнений, поступающих в атмосферу города. Автомобильный транспорт выбрасывает в окружающую среду более 170 видов загрязняющих и ядовитых (токсичных) веществ. Из них особо опасен оксид углерода (СО), суммарный выброс которого в атмосферу Санкт-Петербурга достиг в 1998 г. 270 тыс. т, что заметно влияет на качество воздуха в нашем городе. Для оценки состояния атмосферного воздуха применяются различные методы. Один из них состоит в том, что содержание каждого из ЗВ (концентрация, выраженная в мг/м') сопоставляется с некоторым базовым уровнем на предмет соответствия, на основании чего делается соответствующий вывод. Наиболее часто в качестве уровня отсчета принимаются значения ПДК - предельно допустимой концентрации. Этот подход традиционен и применяется на протяжении уже нескольких десятилетий в подавляющем большинстве стран Европы, Америки и России. Он основан на применении простых соотношений, например формулы Аверьянова. Другой подход, интенсивно развиваемый в настоящее время, основан на применении понятия экологических индикаторов.

39

Первый сценарий Согласно формуле Аверьянова, сумма относительных концентраций ЗВ не должна превышать единицы, т.е. (9) В формуле (9) С, - концентрация контролируемого ЗВ; ПДК, - предельно допустимая концентрация этого же контролируемого вещества. В применении к оценке качества атмосферного воздуха различают три основных типа ПДК: ПДКсс - среднесуточное, ПДКШ - среднемесячное, ПДКсг - среднегодовое. Их численные значения не совпадают. Если неравенство (9) при подстановке всех трех типов ПДК выполняется, то экологическая обстановка территории по атмосферному воздуху, для которой проводится оценка, считается благополучной. Величины всех ПДК указаны в ряде справочников и Руководящих документах (РД) (см., например: И.И.Дедю. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской Советской энциклопедии, 1990. 406 с ; Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.0418689. М.: Гидрометеоиздат,1991. 693 с.) В результате техногенной деятельности в атмосферу поступают тысячи веществ и соединений. Но не все выбрасываемые ЗВ одинаково опасны для человека. Длительные исследования воздействия ЗВ на здоровье человека, содержащихся в атмосфере, проведенные во многих странах Европы, США и России, позволили выделить применительно к оценке состояния атмосферного воздуха следующие приоритетные ЗВ: диоксид серы (SO2), диоксид азота (NO2), оксид углерода (СО), озон (Оз), соединения свинца, пыль (четыре разновидности). Таким образом, в формуле (9) для оценки состояния воздуха по международным стандартам необходимо принять N=6 (табл. 2). Таблица 2. Приоритетные ЗВ, их ПДК и класс опасности

40

Задание: проверить выполнимость соотношения (9) для конкретного района Санкт-Петербурга и оценить состояние атмосферного воздуха в выбранном районе. Для этого проделать следующее: воспользовавшись справочной литературой, найти и внести в табл. 2 численные значения всех типов ПДК для приоритетных ЗВ, всего 18 значений; - из отчетов Управления по охране окружающей среды Администрации Санкт-Петербурга (можно взять любой год с 1994 по 1999 гг., такие отчеты имеются в библиотеках РАН и др.), по которым выбрать по своему усмотрению и указать любой район города; - из таблиц, диаграмм или графиков, приведенных в отчете выписать фактические (измеренные) значения концентраций С, приоритетных ЗВ; - подставить в формулу (9) найденные значения концентрации ЗВ С, и ПДК, и трижды в соответствии с типом ПДК проверить неравенство Аверьянова на его выполнимость; - прокомментировать полученные результаты и дать свою оценку экологического состояния атмосферного воздуха в выбранном районе города по каждому отдельному ЗВ; - оценить состояние атмосферного воздуха в выбранном районе с помощью обобщенного показателя, который рассчитать по формуле (10) Если значение % меньше или вблизи единицы, то состояние воздуха удовлетворительное, еслиχзначение % больше единицы, то неудовлетворительное. Сделать выводы и отразить их в отчете. Сценарий второй Задание: провести оценку состояния атмосферного воздуха в Центральном районе Санкт-Петербурга, в зоне Невского проспекта, где интенсивность автомобильного движения одна из наиболее высоких. Исходные данные: - принять длину Невского проспекта равной 1 = 4,3 км, среднюю ширину d = 50 м, высоту приземного слоя атмосферы, в котором влияние ЗВ на органы дыхания человека существенно, h = 2м; - вычислить объем V в м3 контролируемого объекта; - рассчитать среднечасовое количество автомобилей N, находящихся одновременно на всей длине Невского проспекта, воспользовавшись любыми из следующих данных: а) в часы пик число автомобилей, пересекающих любой перекресток Невского проспекта за один час, равно к = 2000 штук/час, 41

б) средняя скорость движения автомобиля v = 40 км/час, в) число полос движения в обоих направлениях равно 8, г) участок полотна, занимаемый одним автомобилем по длине, равен 10 м; - по справочной литературе найти количество СО, выбрасываемого одним автомобилем за один час, в режиме движения mрд и в режиме холостого хода m рхх , после чего вычислить их среднее значение m с = ( m р д + mрхх)/2); - вычислить полную массу М оксида углерода СО, содержащуюся в рассматриваемом объеме М = N x m c ; - рассчитать среднюю часовую концентрацию СО Сс = fxM/V с учетом суммарного поправочного коэффициента f, связанного с рассеиванием оксида углерода в атмосфере и его выносом за пределы рассматриваемого объема; - оценить значение поправочного коэффициента самостоятельно, исходя из общих физических соображений; - сопоставить полученное значение С с с среднесуточным значением ПДКСС по этому показателю, умножить отношение С с / ПДКСС на класс опасности q; - рассчитать значение обобщенного показателя \х состояния атмосферного воздуха внутри выбранного коридора по формуле: (11) - результат занести в табл. 3 (в четвертый столбец) - сопоставить полученный результат с данными табл.3 (столбцы 2 и 4) и сделать соответствующие выводы, отразить их в отчете. Таблица 3. Качественная оценка состояния атмосферного воздуха в зоне Невского проспекта № пп 1 2 3 4 5 6 7 8 42

сс/пдксс

Качественная оценка

8 7 6 5 4 3 2 1

Катастрофическая Запредельная Критическая Опасная Допустимая Приемлемая Удовлетворительная Хорошая

Рассчитанное значение

Сценарий третий Формула Аверьянова дает оценку состояния атмосферного воздуха лишь на качественном уровне. Этот факт и другие причины вынуждают разрабатывать новые количественные методы оценки состояния атмосферного воздуха. Один из таких методов основан на применении экологических индикаторов и индексов, в том числе индексов качества. Под экологическим индикатором следует понимать обобщенный показатель, с помощью которого можно количественно представить информацию об экологическом состоянии и качестве окружающей среды или ее отдельного компонента, включающую в себя меру величины, меру качества (меру свойства) или меру процесса. Одновременно с этим экологический индикатор должен обладать следующими показателями: чувствительностью, научной обоснованностью, простотой интерпретации, способностью к агрегативности. Обосновать и построить такой показатель - сложная задача. В настоящее время этой задачей занимаются ученые многих стран мира, в том числе и России. Задание: провести расчет оценки состояния атмосферного воздуха в районе Санкт-Петербурга с помощью экологических индикаторов, разработанных на кафедре "Приборы контроля и системы экологической безопасности " СЗТУ. Пусть, как и выше, за базовый уровень безопасности (уровень отсчета) выбраны значения ПДК. Введем еще одну величину - М - значение концентрации конкретного ЗВ, приводящее к угнетению жизненных функций человеческого организма и потере им работоспособности. Важно отметить, что М всегда больше ПДК. Величина М также приводится в справочных руководствах. Область значений концентраций ЗВ, лежащая между фоновыми значениями и ПДК, назовем безопасной зоной. Значения концентраций ЗВ, заключенные в диапазоне М - ПДК, назовем опасной зоной концентраций ЗВ. Составим равенство (12) где индекс i - номер ЗВ; безразмерный коэффициент а, называется коэффициентом опасности. Он показывает, какую часть опасной зоны, т.е. (М - ПДК), составляет отношение фактической концентрации С ЗВ к ПДК. Величина, обратная а, а именно β = 1/α, может быть интерпретирована как экологический индикатор. Действительно, она показывает, во сколько раз в данном компоненте окружающей среды зона опасности больше или меньше реального содержания ЗВ в области, охватываемой измерениями. Введенный таким образом экологический индикатор по численному значению может быть меньше и больше единицы. 43

Соответственно сказанному преобразуем формулу (12) и решим уравнение относительно а. Получим, экологический индикатор равный: Р = (М - ПДК)ПДК / МС. (13) Экологический индикатор в формуле (13) называется простым. Для получения обобщенного показателя необходимо применить следующее соотношение: (14) в котором п - число ЗВ, подлежащих контролю, т.е. обратное значение обобщенного экологического индикатора равно сумме обратных значений простых индикаторов. Расчет экологических индикаторов по формуле (13) для всех шести приоритетных ЗВ провести в следующем порядке: - выбрать район Санкт-Петербурга, однако, желательно, чтобы он совпал с районом, выбранным по сценарию первому; - взять из отчетов Управления по охране окружающей среды СанктПетербурга значения измеренных (фактических) концентраций С для всех ЗВ; - значения М и всех трех типов ПДК взять из справочной литературы и выписать их; - вычислить все 18 значений простых экологических индикаторов; - для каждого типа ПДК по формуле (14) посчитать значения обобщенных индикаторов. Если значения обобщенных индикаторов больше двух, то экологическая обстановка может считаться удовлетворительной, если же значение обобщенного экологического индикатора меньше двух, то экологическая обстановка неудовлетворительная; - представить результаты в форме таблицы, аналогичной табл. 2; - провести оценку качества атмосферного воздуха в исследуемом районе по формуле (15) где X - число простых экологических индикаторов для данного типа ПДК, численные значения которых оказались больше двух. Оценку А. провести трижды для всех трех типов ПДК. Вычислить среднее значение по формуле (16) - оформить полученные результаты, сделать выводы. Провести на качественном уровне сопоставление результатов оценки атмосфрного воздуха, проведенных по сценарию второму и сценарию третьему. 44

10.5. Концепция биогеоценоза Всю полноту взаимодействия и взаимозависимости живых организмов и элементов неживой природы в области распространения жизни отражает концепция биогеоценоза В.Н. Сукачева. Биогеоценоз - это динамическое, устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абиотической (экотоп) частей, которые связаны непрерывным обменом веществ и представляют собой энергетически и вещественно открытую систему.

В биогеоценоз поступает энергия солнца, минеральные вещества почвы, газы атмосферы, вода. Биогеоценоз продуцирует тепло, кислород, углекислый газ, биогенные вещества, переносимые водой, перегной. 45

Основными функциями биогеоценоза являются односторонне направленный поток энергии и круговороты веществ. В структуре любого биогеоценоза различают следующие обязательные компоненты: • абиотические неорганические вещества среды; • автотрофные организмы - продуценты биотических органических веществ; • гетеротрофные организмы - потребители (консументы) готовых органических веществ первого (растительноядные животные) и последующих (плотоядные животные) порядков; • детритоядные организмы - разрушители (деструкторы), разлагающие органическое вещество. Перечисленные компоненты биогеоценоза лежат в основе пищевых (трофических) связей, которые изначально основаны на наличии двух типов питания в биосфере - аутотрофного и гетеротрофного. Аутотрофы привлекают необходимые для жизни химические вещества из окружающей среды и при помощи солнечной энергии превращают их в органическое вещество. Гетеротрофы - разлагают органическое вещество до углекислого газа, воды, минеральных солей и возвращают их в окружающую среду. Этим обеспечивается круговорот веществ, который возник в процессе эволюции как необходимое условие существования жизни. При этом световая энергия солнца трансформируется живыми организмами в другие формы энергии - химическую, механическую, тепловую. Важную роль в экономике биогеоценоза принадлежит цепям питания, которые составляют трофическую структуру, по которой происходит перенос энергии и круговороты веществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, последовательность которых соответствует направлению потока энергии. Первичным источником энергии служит солнечное излучение, энергия которого составляет 4,6·1028 Дж/с (1,1·1026 кал/с). Поверхности Земли достигает 1:2000000 часть этого количества энергии и только 1 2% ее ассимилируется растениями. От 30 до 70 % этой энергии используется ими для обеспечения собственной жизнедеятельности и синтеза органических веществ. Энергия, накопленная растениями в биомассе, составляет чистую первичную продукцию биогеоценоза. Растительная биомасса используется в качестве источника энергии и материала для создания биомассы потребителей первого порядка растительноядных животных - и далее по пищевой цепи. 46

В связи с тем, что с усложнением организации, количество энергии, расходуемой на содержание собственной жизнедеятельности, растет, продуктивность последующих уровней падает. Обычно в цепи питания продуктивность каждого последующего уровня составляет лишь 5-20 % предыдущего. В связи с этим, соотношение на планете биомасс растительного и животного происхождения таково, что лишь 1 - 3 % приходится на биомассу животных. Масса живого вещества, приходящегося на людей, составляет около 0,0002 % от суммарной массы живого вещества планеты. Прогрессивное снижение ассимилированной энергии в цепях питания отражается в структуре экологических пирамид. Экологическая пирамида - это графическое изображение потерь энергии в цепях питания. В такой пирамиде каждый последующий уровень приблизительно в 10 раз меньше предыдущего. Снижение количества доступной энергии на каждом последующем трофическом уровне сопровождается уменьшением биомассы и численности особей. Таким образом, пирамиды биомассы и численности особей для определенного биогеоценоза повторяют в общих чертах пирамиды продуктивности. Размеры биогеоценозов различны. Совокупности биогеоценозов образуют главные природные экосистемы, имеющие глобальное значение в обмене энергии и вещества на планете, к которым относятся: • тропические леса; • леса умеренной климатической зоны; • пастбищные земли (степь, саванна, тундра, травянистые ландшафты); • пустыни и полупустыни; • озера, болота, реки, дельты; • горы; • острова; • океан. Биоценоз и его главные характеристики Биоценоз - это самоподдерживающаяся, саморегулирующаяся система, состоящая из определенного комплекса видов, в которой осуществляется круговорот веществ и энергии. К важнейшим характеристикам биоценоза относятся: • видовое разнообразие; • численность видовых популяций; • биомасса; • биологическая продуктивность 47

Биоценоз включает все популяции разных видов, характеризующихся определенным отношениями, как между собой, так и с неорганической средой на определенной территории. Видовое разнообразие биоценоза определяется тем, какие организмы встречаются в данной местности. Различают бедные и богатые видами биоценозы. В биоценозах с крайним дефицитом тепла, в безводных жарких пустынях, в водоемах, сильно загрязненных сточными водами, т.е. там, где один или сразу несколько факторов среды значительно отклоняются от оптимального уровня, сообщества сильно обеднены. Невелико разнообразие видов и в тех биоценозах, которые часто подвергаются катастрофическим воздействиям (разливы рек, распахивание земель, применение пестицидов и др.). Там, где условия среды приближаются к оптимальным по большинству экологических факторов, сообщества обладают видовым разнообразием (тропические леса, коралловые рифы и др.). Видовой состав биоценозов зависит также от длительности их существования. Молодые, только сформировавшиеся биоценозы обычно имеют меньшее число видов, чем давно сложившиеся. Разнородность видового состава биоценозов создается как биотическими факторами, так и самими живыми организмами. Каждый вид создает условия для закрепления в биоценозе и других видов, связанных с ним трофическими и топическими взаимоотношениями. Например, суслики, осваивающие новые места обитания, могут привлечь туда хищников, для которых они служат привычной добычей, а также около 50 видов своих паразитов и сотни видов норовых сожителей. Для животных дополнительное разнообразие среды создает растительность. Чем сильнее она развита и чем более разнообразна, тем более многообразны микроклиматические условия в биоценозе, тем больше видов животных он может вместить. Важной характеристикой биоценозов является количественное соотношение видов. Виды, входящие в состав биоценоза, всегда значительно различаются по численности. Одни из них встречаются редко, другие настолько часто, что определяют внешний облик биоценоза. Например, ковыль в ковыльной степи, хвойные деревья в хвойном лесу и лиственные - в лиственном. Виды, преобладающие по численности, являются доминантными. Доминанты господствуют в сообществе и составляют его "видовое ядро". Однако не все доминантные виды одинаково влияют на биоценоз. Среди них выделяются те, которые своей жизнедеятельностью создают среду для всего сообщества, и без которых существование большинства других видов невозможно. Удаление такого вида -из биоценоза обычно 48

вызывает изменение среды, в частности, микроклимата биотопа. Например, в наземных биоценозах такими видами чаще всего выступают растения; в еловых лесах - ель, в сосновых - сосна, в степях - злаки. Редкие и малочисленные виды также важны для жизни биоценоза: они создают его видовре разнообразие, увеличивают количество биоценотических связей, служат резервом для наполнения и замещения доминантов, т.е. придают биоценозу устойчивость в разных условиях. Видовой состав сообщества и численность отдельных видов определяются условиями среды. Чем специфичнее условия среды, тем беднее видовой состав и выше численность отдельных видов. В наиболее богатых видами биоценозах практически все виды малочисленны. В тропических лесах редко можно встретить рядом несколько деревьев одной породы. Такие биоценозы обычно отличаются высокой стабильностью. Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используют разные показатели: обилие вида, частота встречаемости, степень доминирования. Сопоставляя общие характеристики разнообразия, количественные отношения наиболее массовых видов, обилие редких форм и другие показатели, можно получить удовлетворительное представление о специфике видовой структуры биоценозов. Биомасса - это энергия всей совокупности особей биоценоза, выраженная в граммах или в килокалориях. При определении биомассы исходят из того, что при расщеплении 1 г белка образуется 4 ккал, 1 г углеводов - 4 ккал, 1 г жиров - 9 ккал энергии. В среднем же 1 грамм сухого органического вещества при сгорании дает 4,5 ккал энергии. Главными производителями биомассы являются аутотрофные организмы - растения. Их называют продуцентами. В результате фотосинтеза солнечная энергия превращается в энергию связей и накапливается в растительной биомассе. Затем энергия, накопленная растениями, переходит в энергию гетеротрофных организмов (консументов) первого (растительноядные животные) и последующих порядков (плотоядные животные). Биологическая продуктивность - это скорость образования биомассы. Различают первичную продуктивность - скорость образования биомассы растениями - и вторичную продуктивность - скорость образования биомассы животными. Биологическая продуктивность подсчитывается в граммах или в килокалориях с единицы площади за год. Биомасса и биологическая продуктивность значительно отличаются в различных биоценозах. Например, 1 га соснового леса производит в год 6,5 т биомассы, а плантация сахарного тростника - 34 - 78 тонн. В целом, первичная продуктивность лесов земного шара наибольшая по сравнению с другими формациями. 49

Понятие о динамике, или эволюции биоценозов Биоценозы не остаются неизменными, они развиваются, эволюционируют, в них постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности организмов и соотношении популяций. Все многообразные изменения, происходящие в любом биоценозе, можно разделить на циклические и поступательные. Циклические изменения сообществ происходят под влиянием суточной, сезонной и многолетней периодичности внешних условий. Суточные изменения в биоценозах обычно выражены тем сильнее, чем значительнее разница температуры, влажности и других факторов среды днем и ночью. Суточные ритмы прослеживаются в сообществах всех зон, от тропиков до тундры. Сезонная изменчивость биоценозов выражается в изменении не только состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов в зависимости от циклов их размножения, сезонных мифаций, отмирания отдельных генераций в течение года и т.д. На определенное время года многие виды практически исключаются из жизни сообществ, переходя в состояние глубокого покоя (оцепенение, анабиоз, спячка), переживая неблагоприятный период на определенной стадии онтогенеза (яйца, личинки, семена), осуществляя миграции в другие климатические зоны. Многолетняя изменчивость зависит от изменения по годам внешних условий, действующих на сообщество. Примером могут служить разливы рек, резко колеблющееся по годам количество осадков, понижение уровня грунтовых вод и др. Кроме того, многолетняя периодичность может быть связана с так называемыми популяционными волнами - резким увеличением численности определенного вида животных. Поступательные изменения в сообществе приводят к смене одного сообщества другим. Причиной подобных смен могут быть факторы, длительное время действующие в одном направлении, например, возрастающее в результате мелиорации иссушение болот, увеличивающееся антропогенное загрязнение водоемов, усиленный выпас скота. Возникающие при этом смены одного биоценоза другим называют экзогенетическими. Если при этом упрощается структура сообщества, обедняется видовой состав, снижается продуктивность, то такая смена сообщества называется дигрессией. Однако смена одного биоценоза другим может произойти в результате процессов, происходящих внутри самого сообщества, в результате взаимодействия живых организмов между собой. Такая смена называется эндогенетической.

50

Закономерный направленный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой называется сукцессией. Сукцессия как последовательный переход одного биоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождающийся сменой состояний и свойств всех его компонентов, может возникнуть как под воздействием природных факторов, так и под воздействием человека. В связи с этим различают несколько форм сукцессии: антропогенную, пирогенную, катастрофическую и др. Антропогенная сукцессия - это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одном и том же биотопе под влиянием хозяйственной деятельности человека, его прямым или косвенным влиянием на экосистему. Например, вырубки леса, загазованность атмосферы и т.д. Пирогенная сукцессия - это смена биоценозов в результате пожаров, вне зависимости от их причины (природные или по вине человека). Катастрофическая сукцессия - это сукцессия, происходящая вследствие катастрофических для экосистемы происшествий: выдувание сильными ветрами, необычный паводок, массовое размножение вредителей и др. Сукцессии в природе разномасштабны. Иерархичность в организации сообществ проявляется в иерархичности сукцессионых процессов: более крупные преобразования биогеоценозов складываются из более мелких. Даже в стабильных экосистемах с хорошо отрегулированным круговоротом втществ постоянно осуществляется множество локальных сукцессионных смен, поддерживающих сложную внутреннюю структуру сообществ. По мере развития экосистемы первопоселенцы постепенно сменяются новыми видами, более приспособленными к борьбе за существование. Например, под кронами лиственных деревьев вырастают медленно растущие и теневыносливые хвойные. Когда они становятся выше лиственных, то, закрывая им доступ к свету, вытесняют эти светолюбивые растения. Такая смена одних видов другими называется экологической сукцессией. Смена растительности сопровождается и сменой входящих в экосистему видов животных: сначала первичных потребителей, питающихся определенными видами растений, а затем потребителей последующих уровней в цепи питания. По мере развития экосистемы число составляющих ее видов возрастает, а связи между ними становятся все более сложными и разветвленными. Это приводит к все более полному использованию ресурсов среды, к увеличению устойчивости экосистемы. В конце концов, возникает устойчивая зрелая экосистема, на51

холящаяся в равновесии со средой и способная сохраняться в течение длительного времени в относительно неизменном виде. Обычно в природе процесс сукцессии длится тысячи лет, но в отдельных случаях, например, после пожаров или при зарастании водоемов, можно наблюдать смену экосистем на глазах одного поколения людей. Несмотря на относительную устойчивость зрелых экосистем, они тоже могут заменяться другими. Это происходит, например, при резком изменении климата, а в последнее время - особенно под влиянием деятельности человека (вырубка лесов, осушение болот, распашка земель, строительство городов и поселков и т.д.). Пищевые сети и цепи Существование любого биоценоза возможно только при постоянном притоке энергии. По существу, вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических веществ. Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других живых существ, то есть связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах - это механизм передачи энергии от одного организма к другому или другим. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть, так как организмы любого вида являются потенциальными объектами для пищи многих других видов. Например, врагами тлей служат личинки и жуки божьих коровок, личинки мух, пауки, насекомоядные птицы и многие другие животные. За счет дубов в лиственных лесах могут жить несколько сотен форм различных членистоногих, фитонематод, паразитических грибков и т.д.; хищники обычно легко переключаются с одного вида на другой. Некоторые хищники могут потреблять в определенной мере и растительную пищу. Трофические сети в биоценозах очень сложны. Однако первое впечатление о том, что энергия в трофических сетях может долго мигрировать от одного организма к другому, обманчиво. На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленной растениями, короток, он может передаваться не более, чем через 4 - 5 звеньев, состоящих из последовательно питающихся друг другом организмов. Устойчивые цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества, называются цепями питания. Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень - это всегда продуценты, растения, создатели органического вещества, биомассы; второй трофический уро52

вень составляют травоядные животные - потребители или консументы 1 порядка; потребители травоядных животных - плотоядные - составляют следующий трофический уровень, являются консументами 2 порядка; потребители плотоядных форм относятся к консументам 3 порядка и т.д. по трофической цепи. При этом имеет значение пищевая специализация организмов консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевую цепь на различных трофических уровнях. Например, человек в рацион которого входят и растительная и животная пища, может явиться в разных пищевых цепях консументом первого, второго и третьего порядков. Количество энергии, расходуемой на поддержание собственной жизнедеятельности, в цепи трофических уровней растет, а продуктивность падает. Энергетический баланс консументов складывается следующим образом. Поглощенная пища обычно усваивается не полностью. Неусвоенная пища вновь возвращается во внешнюю среду в виде экскрементов и в последующем может быть вовлечена в другие цепи питания. Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животных усваиваемость варьирует от 12 - 20% (некоторые сапрофаги) до 75% у плотоядных видов. Большая часть энергии усвоенной пищи используется на поддержание физиологических процессов в организме, а продукты обмена удаляются из организма в составе мочи, пота, выделений желез и углекислого газа, образующегося при дыхании. Энергетические затраты на поддержание метаболических процессов в организме называют тратой на дыхание. Меньшая часть усвоенной энергии идет собственно на ассимиляцию, то есть на образование тканей, биомассы самого организма или на запасание питательных веществ. Обычно продуктивность каждого последующего трофического уровня не более, как уже было сказано, 5 20% от продуктивности предыдущего. Траты на дыхание во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы организма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития и физиологического состояния особей. У молодых траты на рост достигают больших величин, тогда как взрослые особи используют энергию пищи в основном на поддержание обмена веществ и созревание половых клеток. Таким образом, большая часть энергии в цепи питания при переходе с одного уровня на другой теряется. К следующему звену в цепи питания поступает только та энергия, которая заключена в массе предыдущего поедаемого звена. Потери энергии составляют около 90% при каждом переходе через трофическую цепь. Например, если энергия растительного организма составляет 1000 Дж, то при полном поедании его травояд53

ным животным в теле последнего ассимилируется всего 100 Дж, в теле хищника 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то в его теле ассимилируется только 1 Дж энергии, то есть 0,1%. В результате энергия, накопленная зелеными растениями в цепях питания, стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь не может включать более 4 - 5 звеньев. Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена только за счет поступления новых ее порций. В экосистемах не может быть круговорота энергии, подобно круговороту веществ. Жизнь и функционирование любой экологической системы возможны только при односторонне направленном потоке энергии в виде солнечного излучения или при притоке запасов готового органического вещества. Экологическая пирамида Экологическая пирамида - это графическое изображение потерь энергии в цепях питания. Цепи питания - это устойчивые цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества, сложившиеся в ходе эволюции живых организмов и биосферы в целом. Они составляют трофическую структуру любого биоценоза, по которой осуществляются перенос энергии и круговороты веществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней, последовательность которых соответствует потоку энергии. Первичным источником энергии в цепях питания является солнечная энергия. Первый трофический уровень - продуценты (зеленые растения) - используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза, создавая первичную продукцию любого биоценоза. При этом только 0,1% солнечной энергии используется в процессе фотосинтеза. Эффективность, с которой зеленые растения ассимилируют солнечную энергию, оценивается величиной первичной продуктивности. Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходуется растениями в процессе дыхания, остальная часть энергии переносится далее по пищевым цепям. При этом действует важная закономерность, связанная с эффективностью использования и превращения энергии в процессе питания. Сущность ее заключается в следующем: количество энергии, расходуемой на поддержание собственной жизнедеятельности, в цепях питания растет от одного трофического уровня к другому, а продуктивность падает. Фитобиомасса используется в качестве источника энергии и материала для создания биомассы организмов второго трофического уровня потребителей первого порядка - травоядных животных. Обычно продук54

тивность второго трофического уровня составляет не более 5-20 % (10 %) предыдущего уровня. Это находит отражение в соотношении на планете биомасс растительного и животного происхождения. Объем энергии, необходимой для обеспечения жизнедеятельности организма, растет с повышением уровня морфофункциональной организации. Соответственно, количество биомассы, создаваемой на более высоких трофических уровнях, снижается. Экосистемы очень разнообразны по относительной скорости создания и расходования как чистой первичной продукции, так и чистой вторичной продукции на каждом трофическом уровне. Однако всем без исключения экосистемам свойственны определенные соотношения первичной и вторичной продукции. Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз (около 10 раз) больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого последующего звена пищевой цепи, соответственно, пропорционально изменяется. Прогрессивное снижение ассимилированной энергии в ряду трофических уровней находит отражение в структуре экологических пирамид. Снижение количества доступной энергии на каждом последующем трофическом уровне сопровождается снижением биомассы и численности особей. Пирамиды биомассы и численности организмов для данного биоценоза повторяют в общих чертах конфигурацию пирамиды продуктивности. Графически экологическую пирамиду изображают в виде нескольких прямоугольников одинаковой высоты, но разной длины. Длина прямоугольника уменьшается от нижнего к верхнему соответственно уменьшению продуктивности на последующих трофических уровнях. Нижний треугольник самый большой по длине и соответствует первому трофическому уровню - продуцентам, второй - приблизительно в 10 раз меньше и соответствует второму трофическому уровню - растительноядным животным, потребителям первого порядка и т.д. Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т.е. общую массу организмов каждого трофического уровня. Наличная биомасса продуцентов и консументов в конкретных экосистемах зависит от того, как соотносятся между собой темпы накопления органического вещества на определенном трофическом уровне и передачи его на вышестоящий, т.е. насколько сильно выедание образовавшихся запасов. Важную роль при этом имеет скорость воспроизведения основных генераций продуцентов и консументов. В большинстве наземных экосистем, как уже говорилось, действует также правило биомасс, т.е. суммарная масса растений оказывается 55

больше, чем биомасса всех травоядных, а масса травоядных превышает массу всех хищников. Следует различать количественно продуктивность, - а именно годовой прирост растительности - и биомассу. Разница между первичной продукцией биоценоза и биомассой определяет масштабы выедания растительной массы. Даже для сообществ с преобладанием травянистых форм, скорость воспроизводства биомассы у которых достаточно велика, животные используют до 70% годового прироста растений. В тех трофических цепях, где передача энергии осуществляется через связи "хищник - жертва", часто наблюдаются пирамиды численности особей: общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается. Это связано еще и с тем, что хищники, как правило, крупнее своих жертв. Исключение из правил пирамиды численности составляют случаи, когда мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных. Все три правила пирамиды - продуктивности, биомассы и численности - выражают энергетические отношения в экосистемах. При этом пирамида продуктивности имеет универсальный характер, а пирамиды биомассы и численности проявляются в сообществах с определенной трофической структурой. Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение. Первичная продукция агроценозов и эксплуатация человеком природных сообществ - основной источник пищи для человека. Важное значение имеет и вторичная продукция биоценозов, получаемая за счет промышленных и сельскохозяйственных животных, как источник животного белка. Знание законов распределения энергии, потоков энергии и вещества в биоценозах, закономерностей продуктивности растений и животных, понимание пределов допустимого изъятия растительной и животной биомассы из природных систем позволяют правильно строить отношения в системе "общество - природа". 10.6. Природные ресурсы и их классификация В современных условиях развитие производительных сил сопровождается вовлечением в переработку огромные массы природных ресурсов и увеличением выбросов нерециклируемых отходов производства и жизнедеятельности человека в биосферу. Данные обстоятельства делают особо актуальными вопросы природопользования при максимальном сохранении экологического равновесия на планете в целом и ее отдельных регионах. 56

Глобальные проблемы использования и защиты природных ресурсов связаны с решением таких важнейших проблем человечества, как предотвращение войн и гонки вооружений; сохранение среды обитания; обеспечение энергией, сырьем и продовольствием. Совокупность природных ресурсов биосферы Земли представлена взаимосвязуемыми или намеченными к использованию; входящими в естественный кругооборот веществами или привнесенными в процессе человеческой деятельности; постоянными или переменными по массе; возобновимыми (восполняемыми) и невозобновимыми по массе и качеству, с учетом фактора времени; постоянными или прирастающими по видовому разнообразию. Разделение природных ресурсов на группы по функционально значимым признакам определяют предмет их классификации. Природные ресурсы (естественные ресурсы) - элементы природы, часть всей совокупности природных условий и важнейшие компоненты природной среды, которые используются (либо могут быть использованы) при данном уровне развития производительных сил для удовлетворения разнообразных потребностей общества и общественного производства. Природные ресурсы являются главным объектом природопользования, в процессе которого они подвергаются эксплуатации и последующей переработке. Главные виды природных ресурсов - солнечная энергия, внутриземное тепло, водные, земельные и минеральные ресурсы являются средствами труда. Растительные ресурсы, животный мир, питьевая вода, дикорастущие растения - являются предметами потребления. В связи с огромным объемом используемых природных веществ и энергии, проблема обеспеченности человечества природными ресурсами является глобальной. Для предотвращения истощения природных ресурсов необходимо рациональное и комплексное использование природных ресурсов, поиски новых источников сырья, топлива и энергии. Под классификацией природных ресурсов понимается разделение совокупности предметов, объектов и явлений природной среды на группы по функционально значимым признакам. Учитывая природное происхождение ресурсов, а также их огромное экономическое значение, разработаны следующие классификации природных ресурсов. Природная (генетическая) классификация - классификация природных ресурсов по природным группам: минеральные (полезные ископаемые), водные, земельные (в т.ч. почвенные), растительные, (в т.ч. лесные), животного мира, климатические, ресурсы энергии природных процессов (солнечное излучение, внутреннее тепло Земли, энергия ветра и 57

т.п.). Часто ресурсы растительного и животного мира объединяют в понятие биологические ресурсы. Экологическая классификация природных ресурсов основана на признаках исчерпаемости и возобновимости запасов ресурсов. Понятием исчерпаемости пользуются при учете запасов природных ресурсов и объемов их возможного хозяйственного изъятия. Выделяют по данному признаку ресурсы: неисчерпаемые - использование которых человеком не приводит к видимому истощению их запасов ныне или в обозримом будущем (солнечная энергия, внутриземное тепло, энергия воды, воздуха); почерпаемые невозобновимые - непрерывное использование которых может уменьшить их до уровня, при котором дальнейшая эксплуатация становится экономически нецелесообразной, при этом они неспособны к самовосстановлению за сроки, соизмеримые со сроками потребления (например, минеральные ресурсы); почерпаемые возобновимые - ресурсы, которым свойственна способность к восстановлению (через размножение или другие природные циклы), например, флора, фауна, водные ресурсы, В этой подгруппе выделяют ресурсы с крайне медленными темпами возобновления (плодородные земли, лесные ресурсы с высоким качеством древесины). Хозяйственная, когда природные ресурсы классифицируют на различные группы с точки зрения возможностей хозяйственного использования: по техническим возможностям эксплуатации выделяют природные ресурсы: реальные - используемые при данном уровне развития производительных сил; потенциальные - установленные на основе теоретических расчетов и предварительных работ и включающие помимо точно установленных технически доступных запасов еще и ту часть, которую в настоящее время нельзя освоить по техническим возможностям; по экономической целесообразности замены различают ресурсы заменимые и незаменимые. Например, к заменимым относят топливноэнергетические ресурсы (они могут быть заменены другими источниками энергии). К незаменимым принадлежат ресурсы атмосферного воздуха, пресные воды и пр. Большую роль в развитии экономики играет степень изученности природных ресурсов: строение почвы, количество и структура полезных ископаемых, запасы древесины и ее ежегодный прирост и др. Среди природных ресурсов особую роль в жизни общества играет минеральное сырье, а степень обеспеченности природными ресурсами отражает эко58

комический уровень государства. В зависимости от геологической изученности минерально-сырьевые ресурсы подразделяются на следующие категории: А - запасы, разведанные и изученные с предельной детальностью, точными границами залегания, и которые могут быть переданы в эксплуатацию. В -запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выявление основных условий залегания, без точного отображения пространственного положения месторождения. С1 - запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах условий залегания. С2 - запасы, разведанные, изученные и оцененные предварительно по единичным пробам и образцам. Кроме того: По экономическому значению полезные ископаемые делятся на балансовые, эксплуатация которых целесообразна в данный момент, и забалансовые, эксплуатация которых нецелесообразна из-за низкого содержания полезного вещества, большой глубины залегания, особенностей условий работы и др., но которые в перспективе могут разрабатываться. Среди классификаций природных ресурсов, отражающих их экономическую значимость и хозяйственную роль, особенно часто используется классификация по направлению и видам хозяйственного использования. Основной критерий подразделения ресурсов в ней - отнесение их к различным секторам материального производства или непроизводственной сферы. По этому признаку природные ресурсы делятся на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства. Группа ресурсов промышленного производства включает все виды природного сырья, используемого промышленностью. В связи с многоотраслевым характером промышленного производства виды природных ресурсов дифференцируются следующим образом: Энергетические, к которым относят разнообразные виды ресурсов, используемых на современном этапе для производства энергии: горючие полезные ископаемые (нефть, газ, уголь, битуминозные сланцы и др.) гидроэнергоресурсы (энергия речных вод, приливная энергия и т.п.); источники биоэнергии (топливная древесина, биогаз из отходов сельского хозяйства.); источники ядерной энергии (уран и радиоактивные элементы). 59

Неэнергетические ресурсы, представляющие сырье для различных отраслей промышленности или участвующие в производстве согласно его техническим особенностям: полезные ископаемые, не относящиеся к группе каустобиолитов (рудные и нерудные); воды, используемые для промышленного производства; земли, занятые промышленными объектами и объектами инфраструктуры; лесные ресурсы промышленного значения; биологические ресурсы промышленного значения. Ресурсы сельскохозяйственного производства объединяют те виды ресурсов, которые участвуют в создании сельскохозяйственной продукции: агроклиматические ресурсы тепла и влаги, необходимые для продуцирования культурных растений и выпаса скота; почвенно-земельные - земля и ее верхний слой - почва, обладающая уникальным свойством продуцировать биомассу; растительные биологические ресурсы - кормовые ресурсы; водные ресурсы - воды, используемые для орошения и пр. К ресурсам непроизводственной сферы (непроизводственного потребления - прямого или косвенного) относятся ресурсы, изымаемые из природной среды (дикие животные, представляющие объекты промысловой охоты, лекарственное сырье естественного происхождения), а также ресурсы рекреационного хозяйства, заповедных территорий и др. Соединение природной и экономической классификаций позволяет выявить возможность разнонаправленного использования различных природных групп ресурсов, а также их заменяемость, сделать выводы о задачах рационального использования и охраны отдельных видов. По взаимоотношениям видов использования существует следующая классификация: ресурсы однозначного использования; ресурсы многоцелевого использования, в т.ч. взаимоувязанного (комплексного) использования (водные ресурсы), взаимоисключающего (конкурирующего) использования (земельные ресурсы). Можно выделить и другие группы природных ресурсов. Например, источники однородных ресурсов (месторождения полезных ископаемых, земельные угодья, лесосырьевые базы и др.) подразделяются по величине запасов и хозяйственной значимости. Условно выделяют: крупнейшие (общегосударственного значения), крупные (межрайонного и регионального значения), небольшие (местного значения). 60

Разрабатываются также частные классификации природных ресурсов, отражающие специфику их природных свойств и направлений хозяйственного использования. Примером такого рода служат различные мелиоративные классификации, группы рек по степени зарегулированности стока и др. Широко используется геолого-экономическая классификация полезных ископаемых по основным Направлениям их использования в промышленности: топливно-энергетическое сырье (нефть, газ, уголь, уран и др.); черные, легирующие и тугоплавкие металлы (руды железа, марганца, хрома, никеля, кобальта, вольфрама и др.); благородные металлы (золото, серебро, платиноиды), химическое и агрономическое сырье (калийные соли, фосфориты, апатиты и др.); техническое сырье (алмазы, асбест, графит и др.). В рыночных условиях хозяйства практический интерес приобретает классификация природных ресурсов, учитывающая, в частности, характер торговли природным сырьем. Например, можно выделить: ресурсы, имеющие стратегическое значение, торговля которыми должна быть ограничена, поскольку ведет к подрыву оборонной мощи государства (урановая руда и др. радиоактивные вещества); ресурсы, имеющие широкое экспортное значение и обеспечивающие основной приток валютных поступлений (нефть, алмазы, золото и др.); ресурсы внутреннего рынка, имеющие, как правило, повсеместное распространение, например, минеральное сырье и др. Отдельные структурные схемы классификации природных ресурсов приведены на рис. 8, 9 и 10.

61

62

63

64

Содержание 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ 2. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ 3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Введение 3.1. Биосфера и человек 3.1.1. Структура биосферы 3.1.2. Основы учения В.И. Вернадского о биосфере 3.1.3. Влияние хозяйственной деятельности человека на биосферу 3.2. Основы экологии 3.2.1. Взаимодействие организма и среды 3.2.2. Условия и ресурсы среды 3.2.3. Популяции 3.2.4. Сообщества 3.2.5. Экосистемы 3.2.6. Основные экологические законы 3.2.7. Биоразнообразие w устойчивость природной среды 3.3. Природные ресурсы 3.3.1. Характеристика природных ресурсов 3.3.2. Классификация природных ресурсов 3.3.3. Состояние природных ресурсов 3.4. Глобальные проблемы окружающей среды 3.4.1. Влияние научно-технического прогресса на состояние окружающей среды 3.4.2. Экология и здоровье человека 3.5. Социально-правовые принципы экологической безопасности 3.5.1. Принципы экологического воспитания в обществе 3.5.2. Экологическое образование 3.5.3. Природоохранительное законодательство 3.5.4. Право граждан на здоровую и благоприятную окружающую природную среду 3.5.5. Экологические требования при эксплуатации предприятий, сооружений и выполнении иной деятельности 3.5.6. Особо охраняемые природные территории и объекты 3.5.7. Экологический контроль

3 4 5 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 9 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11 11 11 11 12 12 12 65

3.5.8. Ответственность за экологическое правонарушение 3.5.9. Возмещение вреда, причиненного экологическим правонарушением 3.5.10. Чрезвычайные экологические ситуации 3.5.11. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды 4. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНОЗАОЧНОЙ И ЗАОЧНОЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ 5. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 6. ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНОЙ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 7. ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ 8. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ТЕКУЩЕГО ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ 9. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ 10. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 10.1. Моделирование изменен ия численности популяции 10.2. Климатический, биологический и экологический пределы роста численности человечества 10.3. Моделирование изменения численности человечества в XXI веке 10.4. Расчет загрязненности атмосферного воздуха в районах СанктПетербурга 10.5. Концепция биогеоценоза 10.6. Природные ресурсы и их классификация

66

12 13 13 13 14 14 15 16 17 18 21 21 27 33 39 45 56