Курс лекций по Экологии 2

--PAGE_BREAK--


Продолжение табл. 1

1

2

3



Ж. Бюффон, Ж.Б. Ламарк, Ж. Сент-Илер, Ж. Кювье, Ч. Дарвин и др.

Обоснование устойчивости и исторического развития организмов.

Среда является фактором исторического развития организмов; живые организмы трансформируют среду своего обитания.

К.Ф. Рулье, Э. Геккель

Обоснование и выделение новой естественной науки – экологии.

Оформление основных научных «экологических школ» (первая половина XXв.)
Россия
Алехин В.В.

Ритмика сообществ организмов

Формозов А.Н., Северцов С.А., Наумов Н.П.

Зооэкология

Сукачев В.Н.

Сукцессии биогеоценозов

Кашкаров Д.Н

Эколого-фаунистические исследования

Коржинский С.И., Л.Г. Раменский, Гордагин А.Я.

Фитоценология (геоботаника)
Англия
А. Тэнсли

Учение об экосистемах

Ч. Элтон

Популяционная экология
Германия
В. Тишлер

Сельскохозяйственная экология
Дания
Х.Раункиер

Фитоценология
США
Ф. Клементс

Смена фитоценозов

А.Лотка, Л.Линдеман

Трофико-энергетическое направление в изучении экосистем



С момента появления и долгое время экология считалась биологической наукой. Это понятно, так как область основных интересов экологии относится к биологическим системам организменного и надорганизменных (вплоть до биосферы) уровней организации живого вещества Земли. Однако в настоящее время экология занимает собственное место среди естественных наук и имеет тесные связи с гуманитарными науками (социологией, экономикой, культурологией и др.). Сейчас говорят об экологизации природопользования, экологической политике, экологическом образовании и воспитании, экологической культуре, экологическом мировоззрении в целом. Таким образом, экология – это междисциплинарное направление.

В наиболее простом (исходном) варианте определения экологии ее предметом можно обозначитьвзаимоотношения организмов (и систем надорганизменного уровня) с окружающей (абиотической, биотической и антропогенной) средой. Учитывая парадигму системного подхода в современном естествознании, экологию можно определить как науку о структуре и функционировании экологических систем различного ранга.

В предмете экологии можно выделить 3 аспекта (рис. 1)
 






Организмы в их отношениях с окружающей средой



Среда обитания



Общие законы функционирования экосистем




Биоэкология



Средология

(энвироника)



Общая экология


    продолжение
--PAGE_BREAK--М Е Г А Э К О Л О Г И Я


Рис. 1.Составные части предмета экологии
В условиях экологического кризиса конца XX– начала XXIвека фундаментальной задачей экологии стал поиск путей оптимизации взаимоотношений человечества и Природы. В решении экологических проблем традиционного биоэкологического подхода недостаточно. Поэтому современная экология включает ряд «пограничных» направлений, использующих методы смежных естественных и даже гуманитарных наук. Среди таких пограничных направлений с точки зрения разработки путей выхода из экологического кризиса фундаментальное значение имеют геоэкология и социальная экология. Геоэкология рассматривает закономерности пространственно-временной организации природных и интегральных (природно-антропогенных) геоэкосистем. Социальная экология изучает особенности взаимодействия общества и Природы, ищет пути гармонизации этих отношений.

Многообразие междисциплинарных связей экологии с другими науками порождает многообразие способов отражения структуры современной экологии. На рис. 2 показан один из вариантов структуры и междисциплинарных связей экологии.

--PAGE_BREAK--


Рис. 3. Классификация методов экологии
К специфическим методам, используемым экологией, относятся математические, физические, химические методы, методы медицины, географии, геологии, а также ряда общественных наук: экономики, социологии, демографии, истории и др.

Особую роль играют методы информатики, компьютерные технологии, используемые в обработке и накоплении данных, экологическом моделировании и прогнозировании.
Тема 1. Основные понятия, законы и принципы экологии
Генетически разнородные организмы обитают и взаимодействуют в разнообразном и непрерывно изменяющемся мире. В биосферу – глобальную экологическую систему Земли, обязательно входит часть неживой природы, которая формирует условия существования живых организмов и на которую направлено их воздействие.

Среда обитания– та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда – это и физические свойства пространства (температура, освещенность, давление, уровень радиации, различные поля), и химические свойства и состав веществ, и живые организмы своего и «чужих» видов, с которыми данный организм взаимодействует. В социальной экологии используется термин «окружающая среда» – совокупность природных и социальных условий, окружающих человека.

Влияние среды на организм осуществляется через воздействие ее компонентов – экологических факторов. Экологический фактор– любой элемент среды, способный оказать прямое или косвенное воздействие на организм. Все многообразие экологических факторов принято классифицировать (рис.) на факторы неживой природы (абиотические), факторы живой природы (биотические) и факторы, связанные с деятельностью человека (антропогенные). Выделение последней группы обосновано значительным изменением деятельностью людей параметров окружающей среды. Человек, как биологический вид, сам по себе может быть отнесен к группе биотических факторов, но материальные основы современной цивилизации представляют новую, чуждую природе совокупность факторов.




Абиотические

Биотические

Антропогенные










Климатические (свет, влажность, давление и др.)


Внутривидовые
средовые

пищевые

половые





Географические (рельеф, природные барьеры – реки, ледники и т.п.)



Межвидовые

средовые

пищевые





Эдафические (свойства почв, субстратов)











Действие экологических факторов подчиняется ряду закономерностей. Первым в экологии был сформулирован закон минимума– немецким химиком Ю. Либихом в 1840 г. При исследовании действия удобрений на продуктивность культурных растений Ю. Либихом было установлено, что урожай (его величина и устойчивость во времени) определяется питательным веществом, находящемся в почве в минимальном количестве.Недостаток хотя бы одного жизненного ресурса становится фактором, ограничивающим (лимитирующим) жизнедеятельность организмов. Так, недостаток витаминовв зимний период серьезно снижает иммунитет нашего организма. Общеизвестно действие йодной недостаточности (нарушение деятельности щитовидной железы, в результате – быстрая утомляемость, сонливость). Для травоядных млекопитающих, питающихся пищей, бедной натрием, крайне необходимо наличие в данной местности солонцов и других источников натриевых солей.

Позднее было установлено (Ф. Блекманом), что не только минимальное, но и максимальное воздействие какого-либо фактора среды действует угнетающе на организмы. Например, микроэлемент хром необходим растениям для нормального развития, его недостаток снижает урожай. Но в зоне промышленного загрязнения он при высоком содержании в почве оказывает токсическое воздействие на растения, относится к группе тяжелых металлов. Таким образом, согласно закону лимитирующего фактора, экологические факторы, присутствующие как в недостатке, так и в избытке (по отношению к оптимальным требованиям организма), ограничивают или прекращают его развитие и даже существование.

Наилучшее состояние организма наблюдается при интенсивности действия фактора, близкой к оптимальному для данного вида организмов уровню. Каждый вид имеет пределы выносливости (толерантности) к действию какого-либо фактора. Эта закономерность получила название закона толерантности, установленного В. Шелфордом. Согласно данному закону, каждый фактор характеризуется зоной оптимальных значений для данного вида организмов и имеет пределы положительного влияния. Законы толерантности и лимитирующего фактора можно проиллюстрировать следующей схемой (рис. 4). Образно говоря, эти законы действуют «с разных сторон» по отношению к зоне толерантности организма.



Рис. 4.Толерантность организмов к действию экологического фактора

(закон В. Шелфорда)
Организмы имеют разные пределы выносливости. Более выносливые к действию факторов среды обитания организмы распространены шире. К их числу относятся многие синантропные, т.е. живущие рядом с человеком виды. Приспособление (адаптации) к действию неблагоприятных факторов расширяют зону выносливости организма. Примером может быть привыкание насекомых-вредителей к действию высоких доз ядохимикатов, что требует разработки новых, более сильных препаратов.

Безусловно, факторы воздействуют на организм не изолированно, а в совокупности. При этом действие одного фактора (или группы факторов) может усилить или ослабить эффект действия другого фактора (или группы факторов). Например, действие отрицательных температур зимнего периода на птиц может быть скомпенсировано обилием корма. Недостаток света для растений компенсируется обилием углекислого газа. Примером взаимного усиления действия факторов может быть одновременное охлаждающее воздействие ветра и низких температур. Эффект антропогенного загрязнения атмосферного воздуха может быть усилен неблагоприятными климатическими условиями, в итоге может возникнуть такое явление, как смог. Совместный выброс токсических веществ, обладающих взаимно усиливающим (кумулятивным) действием (например, оксиды азота и диоксид серы), может резко ухудшить качество атмосферного воздуха.

Приведенные примеры иллюстрируют правило взаимодействия и компенсации факторов: все экологические факторы действую совместно, и могут либо усиливать, либо компенсировать действие друг друга.

Особый интерес представляет ответ на вопрос, действуют ли в отношении человечества лимитирующие факторы? По мнению Ю. Одума (1975) главным лимитирующим фактором является количество и качество пригодной для жизни людей среды. На одного человека требуется, по разным оценкам, от 1 до 5 га пригодных для проживания земель (сейчас – менее 2 га). Для производства полноценного питания требуется около 0,6 га сельскохозяйственных угодий на одного человека. При этом для сельского хозяйства пригодно только 24 % суши. Еще 0,4 га/чел. требуется для производства волокна, бумаги; 0,6 га/чел. необходимо для дорог, зданий и т.п. Здесь есть над чем задуматься.

Функциональными единицами биосферы Земли являются экологические системы различных типов и рангов. Ключевую роль в этих системах играют живые организмы, однако их жизнедеятельность невозможна без совокупности абиотических условий среды.

Совокупность (сообщество) живых организмов разных видов, взаимодействующих друг с другом и приспособленных к совместному обитанию в определенных условиях среды, называется биоценозом (от греч. «bios» – жизнь и «koinos» – общий).

В биоценозе взаимодействие происходит между отдельными особями разных видов организмов, но эти взаимодействия конечны – заканчиваются с гибелью особи. Поэтому основу взаимоотношений организмов в биоценозе составляют взаимоотношения между популяциями. Популяцией (от лат. «populus» – население) называется группа организмов, относящихся к одному виду и занимающая определенную область, называемую ареалом. Популяции растений в данном биоценозе образуют фитоценоз, популяции животных – зооценоз, популяции микроорганизмов – микробиоценоз. Границы биоценоза определяются, чаще всего, фитоценозом.

Биоценоз занимает определенное пространство, называемое биотопом (от греч. «topos» – место). Это пространство формирует среду биоценоза, хотя само в значительной мере преобразовано им. Вспомним, например, биотоп хвойного леса со свойственным ему микроклиматом. Взаимодействие живых организмов между собой и средой обитания проявляется в обмене веществом, энергией и информацией.

В совокупности биоценоз и биотоп формируют экологическую систему – безразмерную устойчивую систему живых и неживых компонентов, в которых совершается внешний и внутренний круговорот веществ. Термин «экосистема» был введен английским экологом А. Тенсли в 1935 г. Несколько позднее (в 1942 г.) советским экологом В.Н. Сукачевым был предложен термин «биогеоценоз», который в отличие от экосистемы, характеризует более четкую «привязку» определенного биоценоза к определенной территории с совокупностью ее абиотических условий. Экосистемы, еще раз подчеркнем, выделяются в пространстве лишь по критерию определенной завершенности обмена (круговорота) веществ между организмами и средой. То есть, любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема может считаться биогеоценозом. Если речь идет о конкретном сообществе, занимающем определенную территорию, предпочтительнее использовать термин «биогеоценоз».

Как и живые организмы, экосистемы развиваются: появляются при заселении организмами свободных территорий, достигают зрелого состояния, деградируют, заменяясь другими экосистемами. Такое изменение – развитие и смена экосистем называется экологической сукцессией (от лат. «successio» –преемственность). В ходе сукцессии возрастает устойчивость экосистем, увеличиваются их продуктивность, биоразнообразие (разнообразие видов). Следует отметить, что увеличение биоразнообразия является фактором, повышающим устойчивость экосистем: чем больше видов организмов в экосистеме, тем больше между ними связей, тем полнее используется вещество и энергия. Каждая природная экосистема, достигшая зрелого (климаксного) состояния, представляет собой целостное образование, устойчивость которого определяется сбалансированным взаимодействием компонентов. Нарушение этого взаимодействия, связанное с внутренними или внешними причинами (например, антропогенным воздействием) приводит к дестабилизации экосистем и их деградации.

С точки зрения охраны природы фундаментальное значение имеет закон экологического равновесия. Этот закон гласит: природные экосистемы развиваются, переходя в состояние экологического равновесия между биотическими и абиотическими компонентами. В этом состоянии экосистемы могут находиться неограниченно долго.

Существует определенный порог устойчивости экосистемы, и если внешнее воздействие не превышает этот порог, то равновесие в экосистеме смещается таким образом, что эффект воздействия снижается. Это принцип Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Этот принцип учитывается при разработке предельно допустимых нагрузок (ПДН) на природные экосистемы. Важно, чтобы антропогенное воздействие не превышало порог устойчивости экосистем.

В устойчивой экосистеме большое количество энергии тратится на поддержание ее структуры (правило максимума энергии поддержания зрелой экосистемы). Поэтому зрелые экосистемы, например вековые дубовые леса, менее продуктивны, по сравнению с молодыми экосистемами (осинниками, кленовниками). Если пытаться повысить продуктивность зрелых экосистем, то их устойчивость будет снижаться, так как еще больше энергии будет тратиться на поддержание структуры. Оптимальная эффективность функционирования устойчивых экосистем всегда меньше максимальной эффективности. Это следует учитывать в управлении природными экосистемами.

Острой экологической проблемой является постоянное снижение биоразнообразия живого населения Земли, в связи с чем устойчивость экосистем планеты снижается. Человек, пытая получить максимальный урожай, создает и поддерживает монокультуры – одновидовые сообщества культурных растений, устойчивость которых очень низка. Без постоянного ухода искусственные экосистемы быстро деградируют, урожай их падает. Поддержание устойчивости жизни на Земле возможно только через сохранение биоразнообразия.Это положение следует из закона необходимого разнообразия: система не может состоять из абсолютно идентичных элементов, но может иметь иерархическую организацию и интегративные уровни.

В настоящее время в экологии сформулировано более 50 общих законов функционирования экологических систем. Однако из этого множества законов можно сделать ряд выводов, характеризующих состояние системы «человек – природа».

1. Закон бумеранга: все, что извлечено из биосферы человеческим трудом, должно быть возвращено ей. В первую очередь речь идет о восстановлении антропогенно нарушенных территорий, рекультивации и экологической реставрации экосистем.

2. Закон незаменимости биосферы: биосферу нельзя заменить искусственной средой («техносферой»). Уровень сложности биосферы на порядки превышает сложность искусственных экосистем, мощности даже самых современных информационных центров недостаточно, чтобы контролировать потоки информации, свойственные биосфере.

3. Закон убывающего естественного плодородия: повышение вложений в урожай не дает адекватного увеличения продуктивности (из-за высокого рассеяния вещества и энергии простыми агроэкосистемами), а при отсутствии вложений происходит истощение естественного запаса плодородия.

4. Закон шагреневой кожи: глобальный природно-ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается, никаких принципиально новых ресурсов, которые могут появиться, нет. Наиболее дефицитными являются минеральные ресурсы, которые относятся к группе невозобновимых (рудные полезные ископаемые).

Можно также выделить ряд принципов, характеризующих отношения человека и природы. Их следует учитывать и бороться с их проявлением.

1. Принцип неполноты информации:заранее нельзя предвидеть все последствия любого преобразования природы. Это связано с возникновением цепных реакций в экосистемах из-за наличия множества связей между компонентами. Современные методы экологического моделирования и прогнозирования строятся, зачастую, на упрощенных моделях, в которых не учитывается все множество связей в реальных экосистемах.

2. Принцип обманчивого благополучия:неблагоприятные последствия появляются неожиданно, в момент увлечения успехом от преобразования природы. Наиболее «процветающие» индустриальные государства первыми сталкиваются с решением серьезных экологических проблем.

3. Принцип удаленности события:людям свойственно думать, что их потомки что-нибудь придумают для предотвращения возможных отрицательных последствий. Современная цивилизация уже давно «живет в долг» будущим поколениям. Многие технологические решения экологических проблем позволяют лишь отодвинуть кризис в будущее. Примером может быть захоронение ядерных отходов в могильниках, рассчитанных на тысячи лет эксплуатации.

В книге «Замыкающийся круг» Б. Коммонер (1974) переложил ряд законов и принципов экологии на обиходный язык и сформулировал 4 «закона» экологии:

1.     Все связано со всем.

2.     Все должно куда-то деваться.

3.     Природа «знает лучше».

4.     Ничто не дается даром.

Все приведенные законы и принципы экологии можно резюмировать следующим образом:эксплуатируя природные экосистемы, нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания, т.е. необходимо максимально сохранять экологическое равновесие.





Тема 2. Экологические системы, их организация и функционирование
Как уже было отмечено, экологические системы представляют собой безразмерные образования, в которых единство живых организмов (биоценоза) и среды их обитания (биотопа) проявляется в постоянном круговороте вещества, обмене энергией и информацией. Базовое значение для обеспечения потока вещества и энергии в экосистеме имеют пищевые (трофические) отношения организмов.

По способу питания организмы могут быть автотрофными (буквально – самостоятельно питающимися) и гетеротрофными (питающимися за счет других). Первые продуцируют органическое вещество из неорганических соединений (углекислый газ, вода), используя определенный источник энергии, например, энергию света (фотоавтотрофы, преимущественно зеленые растения) или химических реакций (хемоавтотрофы – некоторые бактерии). Эту группу организмов называют продуцентами. Они обеспечивают веществом и энергией другие организмы, которые используют готовое органическое вещество в живом виде (консументы – животные) или в виде отмершей органики (редуценты – грибы, бактерии). Среди консументов выделяют травоядных – консументов первого порядка и плотоядных – консументов второго (и третьего – для более крупных хищников) порядка. Организмы, ведущие паразитический образ жизни, как правило, не играют большой роли в биологическом круговороте, поэтому их рассматривают либо отдельно, либо относят к соответствующей группе консументов. Организмы – редуценты замыкают биологический круговорот: разрушая мертвое органическое вещество, образуемое продуцентами и консументами, они возвращают элементы минерального питания в доступном для продуцентов виде.

Структуру экосистемы также хорошо иллюстрирует экологическая пирамида (рис. 5). В ней прямоугольниками разной ширины обозначаются трофические уровни – совокупность организмов, сходных по способу питания. Нижний, наиболее широкий уровень формируют продуценты. Их общая биомасса и запас энергии больше, чем у консументов, которые образуют 2-3 трофических уровня.




    продолжение
--PAGE_BREAK--Рис. 5.Схематическое изображение функциональной структуры экосистемы:


Пищевые отношения в биоценозе рассматривают, используя понятие о трофических цепях (цепях питания) – последовательности питающихся друг другом организмов. Цепи питания, если они начинаются с живого органического вещества (обычно растительного), называются пастбищными. Пример пастбищной пищевой цепи: клевер – косуля – волк. Пастбищные цепи питания преобладают в травянистых, водных экосистемах. В лесных экосистемах преобладают трофические цепи, начинающиеся с мертвого органического вещества – детритные цепи. Пример такой цепи: опавшие листья – дождевой червь – дрозд – ястреб-тетеревятник. Совокупность пищевых цепей в экосистеме называется трофической сетью. Пример трофической сети лесной экосистемы приведен на рис.



Рис. 6. Трофическая сеть широколиственного леса
Итак, самым общим признаком экосистемы является взаимодействие автотрофных и гетеротрофных организмов, а пищевые отношения играют наиболее важную роль в поддержании целостности экосистем.

Продуцирование органического вещества обеспечивается преимущественно процессом фотосинтеза:



Углекислый газ  +  вода

энергия света,

хлорофилл

Органическое вещество  +  кислород↑





Этим же процессом поддерживается газовый состав атмосферы. Около 300 млн. лет назад экосистемы земли производили избыточное количество органической продукции. Биомасса продуцентов, захороненная в толще горных пород, трансформировалась в залежи каменного угля, месторождения нефти и газа.

В нормально функционирующей экосистеме продуцирование органического вещества сбалансировано его потреблением и разложением. Человек существенно смещает этот баланс: вырубая леса, сжигая ископаемое топливо и возвращая природе органические вещества в трудноразлагаемом виде (синтетические органические вещества).

Экосистемы способны к саморегулированию, противостоя изменениям и сохраняя равновесие. Эта способность обеспечивается согласованной работой всех звеньев экосистемы на уровне отдельных популяций и биоценоза в целом. Например, при попадании в водоем сточных вод происходит размножение мелких водных организмов – планктона (растительный планктон использует неорганические компоненты – соединения азота, фосфора, серы, калия, кальция, а животный планктон использует для питания органические компоненты сточных вод). Затем происходит размножение рыб, которые питаются планктоном, становится больше личинок комаров и стрекоз. Расширение кормовой базы стимулирует размножение хищных видов рыб, а затем млекопитающих и птиц, питающихся рыбой. Происходит увеличение численности раков, питающихся мертвой рыбой. В конце концов, компоненты сточных вод оказываются полностью использованными, происходит «самоочищение» водоема. К сожалению, масштабы сбросов сточных вод современными городами и предприятиями часто превышают способность водных экосистем к самоочищению.

Со свойством саморегулирования связано свойство устойчивости экосистем. Чем сложнее экосистемы, тем они устойчивее. Даже антропогенные экосистемы с относительно высоким биоразнообразием (например, огороды) оказываются более продуктивными, чем поля монокультур.

Экологические системы относятся к открытым системам, так как получают энергию извне (от Солнца) и используют химические соединения из земной коры.

Поток энергии в экосистеме имеет однонаправленный характер: от солнца àк растениям àк растительноядным животным (фитофагам) àк плотоядным животным (зоофагам) àк редуцентам. При этом энергия постоянно теряется (согласно 2-му закону термодинамики). Растения усваивают около 1 % энергии света, достигающей земной поверхности, животные каждого трофического уровня – около 10 % предыдущего. Эта закономерность известна как правило 10 % (правило Р. Линдемана): на каждый следующий, более высокий трофический уровень переходит в среднем около 10 % энергии предыдущего, 90 % – теряется. В связи с высокой потерей энергии, число трофических уровней не превышает четырех – пяти. Трофические уровни высокого порядка термодинамически невыгодны. В отношении питания людей это подтверждается следующим фактом. Чем больше в рационе питания мясных продуктов, тем дороже питание и тем меньше людей может прокормить регион, где практикуется обеспечение населения только продуктами местного производства.

Каким же образом организмыпротивостоят потере энергии? Они накапливают запасы энергии в форме запасных питательных веществ, сохраняют тепло с помощью различных морфологических, физиологических и поведенческих приспособлений. Экосистемы противостоят потере энергии, усложняя структуру (количество пищевых связей).

Важнейшая характеристика экосистемы – ее продуктивность, т.е. способность производить органическое вещество.

Выделяют первичную продукцию (продукцию продуцентов – растений) и вторичную (продукцию консументов – животных).

Продуктивность разных типов природных экосистем различна. Наиболее продуктивны тропические леса и коралловые рифы, производящие свыше 30 т/га органического вещества в год. Наименее продуктивны экосистемы пустынь и центральных частей океанов (менее 2,5 т/га в год). Возделываемые земли также различаются по продуктивности (1-35 т/га в год). Общая продуктивность экосистем Земли оценивается около 180·109 т органического вещества в год. Сельскохозяйственные экосистемы производят лишь 6 % ежегодной продукции экосистем Земли. При этом потребляет человечество более 25 % глобальной продукции биосферы (включая биологические ресурсы лесов, морей и океанов). Для среднепродуктивных (например травянистых) экосистем допустимо без потери устойчивости отчуждение не более 30-50 % ежегодного прироста. По некоторым оценкам, экосистемы Земли способны прокормить (с учетом возможностей интенсивного сельского хозяйства) не более 10 млрд. людей.

Коэффициент полезного действия (КПД) экосистем меньше, чем, например, КПД двигателей внутреннего сгорания, так как много энергии тратится на поддержание и воспроизводство биоты. Чем больше человек пытается «выжать» из экосистем, тем больше затраты на их поддержание. Так, для повышения урожайности в 4 раза требуется увеличение энергетических затрат в 10 раз.

Основными путями решения продовольственной проблемы человечества можно считать:

1)     более полное использование продукции экосистем;

2)     усложнение и поддержание структуры экосистем (создание «культурных ландшафтов»).

Устойчивость сообщества во многом поддерживается на популяционном уровне. К числу важнейших механизмов биоценотического гомеостаза (поддержания устойчивости структуры и функционирования) относится регуляция численности популяций и их плотности (отношения числа или биомассы особей к единице пространства).

Для популяций характерно постоянное изменение численности, связанное с действием внешних и внутрипопуляционных факторов. При этом факторы динамики численности популяций можно разделить на две группы:

1)       факторы, не зависящие от плотности популяции (абиотические факторы: погодные явления, катаклизмы и др.) и поэтому не регулирующие ее численность;

2)         факторы, зависящие от плотности популяции (биотические: конкуренция, хищничество, болезни и т.п.). Именно вторая группа факторов (внешних и внутренних) обеспечивает регуляцию численности популяции.

В итоге диапазон колебаний численности популяций в нормальных условиях не выходит за нижний порог, нарушающий механизмы воспроизводства, и верхний порог, приводящий к истощению доступных ресурсов и условий для размножения (правило лимитов численности популяции). Верхний предел численности популяции чаще всего обусловлен количеством пищевых ресурсов (экологической емкостью среды в отношении к данной популяции).

В управлении природными популяциями человек должен шире использовать природные механизмы регуляции численности. Так, широко применяемые химические методы борьбы с вредителями в сельском хозяйстве зачастую бывают неэффективны, т.к. пестициды не являются факторами-регуляторами, и популяции вредителей вырабатывают комплекс приспособлений к ним. Более экологически оправдано использование биологических методов борьбы: хищников, паразитов, возбудителей заболеваний и т.п.

Биоценоз представляет собой исторически сложившуюся совокупность популяций организмов, приспособленных к совместному обитанию в данном биотопе. Каждая популяция занимает определенное местообитание и выполняет определенную функцию в сообществе. Таким образом, участие популяции в структуре какого-либо биоценоза означает не только соответствие его среды биологии данного вида организмов, но и потребность биоценоза в данной популяции. «Ненужных» популяций в биоценозе не бывает.

Одним из ключевых понятий в экологии является понятие об экологической нише – пространственном и функциональном месте, которое может быть занято или занимается популяцией конкретного вида в сообществе. Экологическая ниша – это «адрес» популяции и ее «профессия» в сообществе. Виды, способные выполнять одну и ту же функцию в сообществе и предъявляющие сходные требования к среде, всегда вступают в конкурентные отношения, и с течением времени происходит вытеснение одного вида другим, более жизнеспособным, либо, при равных возможностях, происходит специализация видов – некоторое расхождение их функций в сообществе.

Исчезновение экологических ниш, связанное с растущим наступлением антропогенных территорий на природные экосистемы, является одной из главных причин вымирания видов, характерного для современного экологического кризиса. Так, распашка степей на территории Белгородской области привела к почти полному исчезновению некоторых степных видов птиц (дрофы, степной тиркушки). Сохраняя редкие виды, следует в первую очередь сохранять их экологические ниши.

Положение, согласно которому два вида в сообществе не могут занимать одну и ту же экологическую нишу, носит название «закона конкурентного исключения» или «правила экологических ниш». Так, в Белгородской области европейская норка вытесняется завезенной американской норкой, черная крыса повсеместно вытесняется серой крысой. Сам человек разумный (Homo

sapiens), по мнению многих ученых, около 40 тыс. лет назад вытеснил другой конкурировавший с ним вид, человека неандертальского(Homo

neanderthalensis).

В учении об экологической нише есть один очень важный аспект: если экологическая ниша вида в сообществе исчерпана, то есть сообщество в данном виде не нуждается, то такой вид вымирает. В этом отношении человек – не исключение. Человечеству еще предстоит осознать свое место в экологических системах Земли, свою экологическую нишу.




Тема 3.
Биосфера и антропогенное воздействие. Глобальные экологические проблемы.
Термин биосфера (от греч. «биос» – жизнь и «сфера» – шар) ввел в науку геолог, профессор Венского университета Эдвард Зюсс в 1875 г. для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью. Предшественником современного представления о биосфере считают В.В. Докучаева, который отмечал важную геологическую роль живых организмов и говорил о необходимости целостного подхода к изучению природы. Его учеником был В.И. Вернадский (1863-1945) – академик, основатель новой науки – биогеохимии, которая рассматривает роль живого вещества в преобразовании земной поверхности. В своем главном труде «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» В.И. Вернадский высказал идею о том, что жизнь – важный фактор развития нашей планеты. В создании земной коры активно участвовали живые организмы; они и сейчас определяют специфику Земли.

Биосфера, по В.И. Вернадскому, это оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Большинство ученых в качестве верхней теоретической границы биосферы указывают озоновый слой, средняя высота которого составляет 25 км (рис. 7). Выше живые организмы погибают от жесткого космического излучения, хотя споры бактерий обнаруживали и на высоте до 70 км.

Практически же максимальная высота над уровнем моря, на которой может существовать живой организм, ограничена уровнем, до которого сохраняются положительные температуры и могут жить хлорофиллосодержащие растения-продуценты (6,2 км в Гималаях). Выше эффективный фотосинтез невозможен из-за низкого парциального давления углекислого газа. Далее, до «линии снегов», обитают лишь пауки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зёрнами растительной пыльцы, спорами растений, микро-организмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром. Ещё выше живые организмы могут попадаться лишь случайно.

На высотах 7,5-8 км критически низкого для абсолютного большинства организмов значения достигает другой абиотический фактор – абсолютное атмосферное давление. Наиболее зависимы от величины давления птицы и летающие насекомые, преимущественно занимающие нижнюю зону (0-1 км), хотя отдельные виды птиц (орлы, кондоры) могут постоянно жить и на высотах 4-5 км.

Вся толща Мирового океана по современным представлениям полностью занята жизнью. Нижний предел существования активной жизни традиционно определяют дном океана (максимум 11022 м – глубина Марианской впадины) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 100 оС (около 6 км, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове). В основном жизнь в литосфере распространена лишь на несколько метров вглубь, ограничиваясь почвенным слоем. Однако по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров, достигая глубин 3-4 км.

Возможно пределы биосферы намного шире, так как в гидротермах дна океана на глубинах около 3 км при температуре 250 оС обнаружены организмы. На таких глубинах давление составляет около 30 МПа (300 атм), что позволяет воде присутствовать в жидком состоянии, тогда как пределы жизни ограничены точками перехода ее в пар и сворачивания белков. Теоретически на глубинах 2,5 км относительно уровня моря должна иметь место критическая температура 460 оС, при которой при любом давлении вода существует только в виде пара, а, следовательно, жизнь невозможна.


Рис. 7.Распределение живых организмов в биосфере: 1 – озоновый слой; 2 – граница снегов; 3 – почва; 4 – животные, обитающие в пещерах; 5 – бактерии в нефтяных водах (высоты и глубины даны в метрах)
Таким образом, исключая «предельные» оценки, «мощность» биосферы составляет около 10 км на территории суши и около 20 км на территории океана (см. рис. 7). Это примерно 1/320 часть радиуса Земли. Если представить биосферу сплошным слоем живого органического вещества, то получится пленка около 5-6 мм. Это является причиной использования понятия «пленка жизни».

Рассмотрим основные характеристики биосферы.

Биосфера обладает свойством гомеостаза – поддержания постоянства физических и химических параметров среды. Это свойство обеспечивается наличием озонового экрана, защищающего от губительного космического излучения. Кроме того, газовый состав атмосферы почти полностью контролируется живыми организмами. Наличие Мирового океана, играющего роль «термостата», обеспечивает поддержание теплового баланса.

Биосфера – это кибернетическая система, т.е. система, в которой один из элементов (живое вещество) играет определяющую роль в функционировании всей системы. Живые организмы в биосфере не изолированы от неорганического, «косного» вещества, а вместе с ним образуют особые «биокосные» тела, в которых живое и неживое вещество проникают друг в друга (почва, илы, водоемы).

Биосфера имеет мозаичное и иерархическое строение– состоит из экосистем различного типа и ранга. Саму биосферу можно считать глобальной экосистемой Земли.

Важной характеристикой биосферы является биологическая миграция элементов и их биологический круговорот. Основные элементы, необходимые организмам (водород, углерод, кислород, азот, калий, кальций, фосфор, сера и нек. др.), многократно проходят через циклы биологического круговорота. Обновление живого вещества в биосфере происходит в среднем за 8 лет. Растения обновляют свою биомассу в среднем за 14 лет, биомасса океана обновляется за 33 дня. Полная «смена вод» в биосфере происходит за 2 800 лет, «смена» углекислого газа в атмосфере – за 6,3 года, кислорода – за несколько тысяч лет. Степень «замкнутости» круговорота веществ в биосфере составляет 90-98 %.

Преобразование солнечной энергии в энергию органического вещества– фундаментальное свойство биосферы. Живое вещество выступает посредником между Солнцем и Землей. Растения усваивают около 1 % солнечной энергии, достигающей поверхности земли, на каждый последующий трофический уровень переходит около 10 % энергии («правило 10 %»).

Живые организмы заполняют все пригодные для жизни среды. Эта закономерность отражает «всюдность жизни». Если в биосфере появляются свободные участки поверхности (обнажения дна, изверженные породы, отвалы горных пород), они сразу же заселяются организмами. Это явление получило название «давление жизни».

Относительный баланс процессов образования органического вещества в биосфере и его разложения обеспечивает постоянство количества живого вещества. Масса биосферы составляет около 2400 млрд. т, что примерно соответствует массе кислорода.

Эволюцию биосферы можно представить тремя этапами:

1 Этап (около 3 млрд. л. н.) – появились первые клетки, не имеющие ядра (прокариоты). Они обладали всеми признаками живых организмов:

подвижностью;

питанием и способностью запасать энергию;

защитой от нежелательных воздействий;

размножением;

раздражимостью;

приспособляемостью;

способностью к росту.

2 Этап (около 2 млрд. л. н.) – появились клетки с ядром (эукариоты) – простейшие (25-30 тыс. видов).

3. Этап (около 1 млрд. л. н.) – появились многоклеточные организмы. Процесс фотосинтеза обеспечил кислородную атмосферу Земли и образование озонового слоя, после чего организмы получили возможность осваивать сушу (при достижении содержания кислорода 10 % от современного).

Затем происходило повышение разнообразия и сложности биосферы:

около 365 млн. л. н. появились наземные растения и земноводные;

около 185 млн. л. н. появились млекопитающие, птицы, хвойные растения;

около 70 млн. л. н. появились все современные группы растений и животных;

около 2 млн. л. н. появились предки человека;

около 1 млн. л. н. появился человек разумный (Homo

sapiens).

Современный этап развития биосферы называют антропогенным, что связано с огромным воздействием человека и его техники на биосферу.

Глобальное влияние живых организмов на состояние других оболочек Земли связано с уникальными свойствами живого вещества:

1.     Огромный запас свободной энергии.

2.     Значительная скорость химических реакций.

3.     Способность к размножению.

4.     Разнообразие форм (более 2 млн. известных видов, в то время как минералов известно около 2 тыс.).

Важнейшие функции живого вещества:

1.     Постоянное изменение свойств неживой природа, даже состава планеты (геологическая функция).

2.     Производство органической продукции (продукционная функция).

3.     Биологическая очистка среды (деструкционная функция).
Ушедший ХХ век ознаменовался изменением глобальной экологической обстановки, возникновением антропогенно обусловленных экологических кризисов и катастроф, приобретающих глобальный характер.

Основные индикаторы и показатели, характеризующие глобальную экологическую обстановку, а также прогнозы на будущее приведены в таблице (табл. 2).

Таблица 2

Глобальные последствия и прогнозы антропогенных воздействий



Индикатор и тенденции изменения

Прогнозы на период после 2000 года

Сокращение площади естественных экосистем

Сохранение тенденции, сокращение со скоростью 0,5-1% в год, приближение к почти полной ликвидации

Изменение климата

Антропогенное изменение (глобальное потепление)

Увеличение концентрации парниковых газов

Рост концентраций: ускорение темпов роста для углекислого газа и метана

Нарушение биогеохимических круговоротов

Сохранение тенденции, особенно в отношении углерода

Истощение озонового слоя

Сохранение тенденции снижения концентрации озона в стратосфере на 1-2% в год, рост площади озоновых дыр

Повышение уровня и объема Мирового океана. Нарастание проблем прибрежных регионов

Сохранение темпов скорости повышения уровня (1-2 мм в год), возможно ускорение до 7 мм в год

Загрязнение ОС, накопление поллютантов и миграция по трофическим цепям

Рост массы и числа поллютантов (в год синтезируется приблизительно около 1000 новых веществ)

Обезлесивание

Сохранение тенденций. Сокращение площади лесов со скоростью порядка 200 тыс. кв. км в год

Опустынивание

Сохранение тенденций, расширение площади пустынь со скоростью 60 тыс. кв. км в год. Возможен рост темпов

Деградация земель

Сохранение тенденций роста эрозии почв (в год деградирует около 24 млрд. тонн), снижение плодородия, загрязнение и накопление полютантов, засоление и закисление почв

Потеря биоразнообразия, утрата видов

Усиление тенденции. Угроза исчезновения множества видов, в том числе человека

Нехватка пресной и питьевой воды

Обострение проблемы питьевой воды

Рост отходов

Сохранение и усиление тенденций, обострение проблемы «утилизации» отходов

Рост числа техногенных аварий и стихийных бедствий

Сохранение и усиление тенденций

Ухудшение медико-демографических показателей и здоровья населения

Сохранение и усиление тенденций особенно в развивающихся странах

Рост проблем городской среды

Сохранение и усиление тенденций



Некоторые индикаторы только приобретают глобальный характер, но имеют важное значение для будущего биосферы.

Большинство тенденций негативных изменений в окружающей среде, в дальнейшем не только будет сохраняться, но и усилится.

В изменениях глобальной экологической ситуации важнейшее значение придается разрушению природных экосистем, которое приводит к нарушению устойчивости биосферы в целом.

Наземные и спутниковые наблюдения позволили построить карты глобальных изменений, согласно которым на суше Земли сформировалось три центра дестабилизации окружающей среды:

–       Североамериканский (США, Канада, Мексика);

–       Европейский (Западная, Центральная и Восточная Европа – куда входят страны Балтии, и Европейская территория России);

–       Азиатский центр (Индия, Цейлон, Малайзия, Бирма, Китай, Тайвань, Япония, Корея, Филиппины).

В наибольшей степени нарушены территории в Европе, Северной Америке и Японии.

Тем не менее, сохранились и крупные центры стабилизации окружающей среды.

–       Северный Евроазиатский (Скандинавия, Север Европейской территории России, Западная, Восточная Сибирь, Дальний Восток (за исключением частичных территорий);

–       Южноамериканский (Амазония и прилегающие к ней территории);

–       Австралийский центр (Австралия, кроме восточной и южной части);

–       Мощным центром стабилизации ОС является Мировой океан.

На остальной части суше в различных биогеографических провинциях есть «пятна» с разрушенными и сохранившимися экосистемами.

Глобальные экологические проблемы и явные тенденции негативных изменений со всей очевидностью показывают необходимость консолидации усилий всех стран для их решения, необходимость радикальной перестройки технологической структуры современной цивилизации, разработки качественно новых путей и способов взаимодействия с природой.



    продолжение
--PAGE_BREAK--
Тема 4. Круговороты основных биогенных элементов
Сложные межвидовые взаимоотношения, определяющие функциональную целостность экосистем, отличаются относительной «свободой» структурных связей между отдельными компонентами. Виды в составе конкретных биоценозов могут замещаться биологически сходными видами. Нестабильность абиотических факторов экосистем является причиной колебаний состава и функциональных связей в биоценозах. Динамичность – это одно из фундаментальных свойств экосистем, которое отражает не только зависимость последних от комплекса факторов, но и адаптивную (приспособительную) реакцию всей системы на эти факторы.

Масштабы времени, в которых выражается динамика экосистем, различны. Изменения могут продолжаться несколько лет или охватывать целые геологические эпохи, влияя на развитие глобальной экосистемы Земли.

С возникновением жизни химические процессы постепенно стали подчиняться определённым закономерностям и упорядочились. Атомы, входящие в состав органических соединений живой ткани, стали передаваться по пищевой цепи от одного звена к другому, и в конце концов они возвращались в неорганическую природу.

Академик В.И. Вернадский установил закономерность, сформулированную как закон биогенной миграции атомов:

миграция химических элементов во всех экосистемах, включая биосферу в целом, осуществляется либо при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), либо она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как населяющим планету в настоящее время, так и действовавшим на Земле в течение всей геологической истории.

Разнообразие организмов, существующих во всевозможных экосистемах планеты, по образному выражению В.И. Вернадского образует «живое вещество» Земли. Главной геохимической особенностью живого вещества является то, что оно пропускает через себя атомы химических элементов, осуществляя в процессе жизнедеятельности их закономерную сортировку и дифференциацию. Завершив свой жизненный цикл, организмы возвращают природе всё, что взяли от неё в течение жизни.

Малые миграционные потоки химических элементов, как между взаимосвязанными организмами, так и между организмами и окружающей их средой складываются в более крупные циклы – круговороты. Продолжительность и постоянство существования жизни поддерживают именно круговороты, потому что без них даже в масштабах всей Земли запасы необходимых элементов были бы очень скоро исчерпаны. Круговороты обеспечивают многократность одних и тех же процессов и явлений и их высокую суммарную эффективность при ограниченном объёме исходного вещества, участвующего в этих процессах.

Круговоротбиологический (биотический) – явление непрерывного, циклического, закономерного, но неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного иерархического уровня организации — от биогеоценоза до биосферы. Круговорот веществ в масштабах всей биосферы называют «большим», а в пределах конкретного биогеоценоза – «малым» кругом биотического обмена (рис. 8).



Рис. 8. Схема большого биосферного круговорота по В.А. Радкевичу;

(S – энтропия)
Часть биологического круговорота, состоящая из круговоротов таких биогенных веществ, как углерод, вода, азот, фосфор, сера и тому подобное, называют биогеохимическим.

Некоторое количество вещества может на время выбывать из биологического круговорота (осаждаться на дне океанов, морей, выпадать в глубины земной коры и т.п.). Однако в результате протекания тектонических и геологических процессов (вулканическая деятельность, подъём и опускание земной коры, изменение границ между сушей и водой и др.) осадочные породы вновь включаются в круговорот.

Круговороты веществ от продуцентов к консументам различных уровней, затем к редуцентам, а от них вновь к продуцентам замкнуты не полностью. Если бы в экосистемах существовала их полная замкнутость, то не возникало бы никаких изменений среды жизни, не было бы почвы, известняков и прочих горных пород биогенного происхождения. Таким образом, биотический круговорот можно условно изобразить в виде незамкнутого кольца.

Часть веществ переходит от одного биогеоценоза к другому, от одной более крупной экосистемы к соседней. Даже кольца обмена экосистем мирового океана и суши планеты переплетены друг с другом.

Потери вещества из-за незамкнутости круговорота минимальны в биосфере (самой крупной экосистеме планеты). Информация в экосистемах теряется с гибелью видов и необратимыми генетическими перестройками.

Таким образом, каждая экосистема поддерживает своё существование за счёт круговорота биогенов и постоянного притока солнечной энергии. Круговорот энергии в экосистемах практически отсутствует, поскольку от редуцентов она возвращается к консументам в мизерных количествах. Считают, что коэффициент круговорота энергии не превышает 0,24 %. Энергия может накапливаться, сберегаться (т. е. преобразовываться в более эффективные формы) и передаваться из одной части системы в другую, но она не может быть снова пущена в дело, как вода и минеральные вещества. Единожды пройдя от растений-продуцентов через консументы к редуцентам, энергия выносится в околоземное и космическое пространство. При движении через экосистему поток энергии затрагивает в основном её биоценоз.

Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского имеет важное практическое значение. Поскольку антропогенное воздействие на окружающую природную среду заключается прежде всего в воздействии на «живое вещество» планеты, то изменяются условия биогенной миграции атомов и создаются предпосылки для ещё более глубоких химических перемен в исторической перспективе. Таким образом, процесс может стать саморазвивающимся, не зависящим от желания человека и практически при глобальном размахе неуправляемым. Поэтому одной из самых насущных задач современности является сохранение живого покрова Земли в относительно неизменном состоянии.

Закон биогенной миграции атомов также определяет и необходимость первоочередного учёта воздействий на биоту при любых проектах «преобразования природы». Любые крупные ошибки в таких «усовершенствованиях»” ведут к деградации среды.

Продуценты, консументы, и редуценты экосистем, поглощая и выделяя различные вещества, взаимодействуют между собой чётко и согласованно. Органические вещества и кислород, образуемые фотосинтезирующими растениями, – важнейшие продукты питания и дыхания консументов. В то же время выделяемые консументами углекислый газ и минеральные вещества биогенами, необходимы продуцентам. Поэтому вещества в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая сначала в живые организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь в живое.

Все живые организмы на Земле почти на 80 % состоят из воды. К числу наиболее важных и распространённых элементов относятся кислород, углерод, азот, фосфор и сера.

Круговорот углерода. В ходе фотосинтеза атомы углерода переходят из состава углекислого газа СО2 в состав органических веществ растительных клеток. Далее они переносятся по пищевым цепям, образуя ткани всех остальных живых существ экосистемы. Однако побывать в составе клеток живых организмов всех трофических уровней удаётся только малому числу атомов углерода, так как на каждом уровне большинство органических молекул расщепляется в процессе клеточного дыхания для получения энергии. После этого атомы углерода поступают в абиотическую часть окружающей среды в составе углекислого газа, чем завершается один цикл и создаются предпосылки начала другого. Аналогичным образом углерод возвращается в атмосферу при сжигании любых органических соединений, например, древесины, сухой травы или листьев, а также ископаемого топлива.

Вывод части углерода из естественного круговорота экосистемы и «резервирование» в виде ископаемых запасов органического вещества в недрах Земли является важной особенностью рассматриваемого процесса. В далекие геологические эпохи значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась, а затем под действием высоких температур и давления за миллионы лет превратились в нефть, уголь и природный газ (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в земле). Подобные процессы протекают и в настоящее время, но значительно менее интенсивно. Их результат — образование торфа.

Добыча ископаемого топлива в огромных количествах для обеспечения энергетических потребностей современного индустриального общества и сжигание его есть ни что иное, как замыкание круговорота углерода. Однако возможности растительности по поглощению углекислого газа ограничены. Возникает избыток СО2, приводящий к накоплению его в атмосфере, что способствует «парниковому» эффекту и серьёзным изменениям климата.

Круговорот фосфора. Из всех макроэлементов (элементов, необходимых для всего живого в больших количествах), фосфор — один из самых редких в доступных резервуарах на поверхности Земли.

В природе фосфор содержится в различных природных минералах (прежде всего в ряде горных пород) в виде фосфатов. Они растворимы в воде, но не летучи. При разрушении горных пород или выщелачивании атмосферными осадками соединения фосфора растворяются. Далее из водного раствора соединения фосфора поглощаются растениями и включается в состав их органических соединений.

По пищевым цепям фосфор последовательно переходит от растений к организмам всех трофических уровней и аналогично углероду в каждом из организмов велика вероятность окисления при клеточном дыхании фосфорсодержащего соединения, с целью получения необходимой для жизнедеятельности энергии. Принципиальное различие круговоротов фосфора и углерода состоит в наличии либо отсутствии газовой фазы на одном из этапов цикла. Углекислый газ в газообразном состоянии, попадая в воздух, свободно распространяется в атмосфере, переносясь на неограниченные расстояния, пока снова не будет усвоен растениями. В круговороте фосфора подобного этапа нет.

Попадая со сточными водами в водоёмы, фосфор насыщает, а порой перенасыщает их экологические системы. Обратно на сушу фосфор в естественных условиях возвращается в небольших количествах. Абсолютное большинство фосфатов образует донные отложения, и круговорот вступает в свою самую замедленную фазу. Лишь геологические процессы, протекающие миллионы лет, реально могут поднять океанические отложения фосфатов, после чего возможно повторное включение фосфора в описанный круговорот.

Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в пределах экосистемы лишь тогда, когда содержащие их «отходы» жизнедеятельности откладываются в местах поглощения соответствующего элемента. В естественных экосистемах преимущественно так и происходит. Однако вмешательство человека, заключающееся в сборе урожая, содержащего извлечённые из почвы биогены, и перемещение его на большие расстояния к местам потребления, нарушает круговорот. Отходы жизнедеятельности человека попадают преимущественно в водоёмы. Изъятие фосфора из почв полей в современном сельском хозяйстве компенсируется внесением минеральных фосфорных удобрений. В результате возникают многообразные последствия, разрушающие природные экосистемы.

Круговорот азота. Главный источник азота органических соединений — молекулярный азот атмосферного воздуха. Однако растения не способны усвоить его в газообразном виде. Особые – азотфиксирующие микроорганизмы обладают уникальной способностью превращать газообразный азот в форму доступную для растений, почва также обогащается органическим азотом. Таким образом, все естественные экосистемы полностью зависят от азотфиксирующих организмов

В водных экосистемах круговорот азота происходит аналогичным образом, причём в роли основных азотфиксаторов выступают сине-зелёные водоросли. Возврат азота в атмосферу (минерализация) есть результат деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до свободных азота и кислорода. Для поддержания интенсивности круговорота азота при современном земледелии (так же, как круговорота фосфора и прочих биогенов) возникающий недостаток азота в почве искусственно компенсируется внесением синтетических минеральных удобрений. При неразумном применении удобрений в сельском хозяйстве избыток нитратов смывается с полей и попадает в водоёмы, что способствует их загрязнению.

Круговорот серы. В природных экосистемах существует хорошо развитый процесс циклических взаимопревращений серы и её соединений, в котором участвуют микроорганизмы почвы. Присутствие соединений серы в почве есть результат естественного разложения некоторых горных пород, а так же как продукт разложения мертвых веществ, главным образом растительного происхождения. Через корни сера поступает в растения, где и синтезируются серосодержащие аминокислоты. В организме животных серы содержится мало, туда она попадает с пищей.

При разложении микроорганизмами сера возвращается в почву, там она снова поглощается корнями растений, следовательно, начинает очередной виток круговорота в экосистеме.

В атмосферном воздухе соединения серы присутствуют в очень незначительных количествах. Антропогенная деятельность, в особенности приводящая к выбросам в атмосферу сернистого ангидрида в результате сжигания топлива органического происхождения и, в первую очередь, высокосернистых углей, серьёзно меняет естественный круговорот серы в природе и особенно вблизи крупных промышленных центров и городов. Кроме того, избыток сернистого ангидрида в воздухе окрестностей медеплавильных заводов ведёт к гибели растительности из-за нарушения процессов фотосинтеза.

Кроме воды, кислорода, углерода, фосфора, азота и серы в экосистемах циркулируют многие другие вещества. Вещества, не характерные для живых тканей, не имеют естественных (природных) циклов круговорота в экосистемах либо характеризуются очень слабым (малоинтенсивным) круговоротом, потому они имеют тенденцию накапливаться в тканях живых организмов. К подобным веществам относятся, например, радиактивный стронций-90, существовавший в природе, однако из-за малого периода полураспада к определённому моменту времени полностью исчезнувший в биосфере, и вновь появившийся после того, как началось искусственное расщепление атома. Это и пестициды, и диоксины и многие другие соединения, а также тяжёлые металлы (ртуть, кадмий, медь, цинк, свинец и др.), интенсивность антропогенного вовлечения которых в естественный круговорот значительно увеличилась.
Тема 5. Экологическое управление в сфере рационального природопользования

Экологический мониторинг окружающей среды

Системы экологических исследований, называемые мониторингом в настоящее время приобретают все большее значение.

Термин «мониторинг» является производным английского слова «monitor», означающего в русском переводе «проверять» или «контролировать». В соответствии с этим и термин «мониторинг» использовался в специальной литературе как «система контроля». Однако контролировать можно только такие системы или процессы, которые имеют заданные параметры и режим. Переносить «контроль» на природные системы не вполне корректно, за исключением тех немногих случаев, когда необходим контроль за уже осуществленными природоохранными мероприятиями. Поэтому в приложении к природным системам «мониторинг» приобрел значение «системы наблюдения» или «системы слежения». В дальнейшем по мере внедрения понятия и термина «мониторинг» в научные и практические исследования, и осознание важности создания такой информационной системы выработалась определенная концепция мониторинга.

Понятие мониторинга окружающей среды было впервые введено на Стокгольмской конференции ООН в 1972 году. В постановочном аспекте концепция мониторинга была сформулирована канадским ученым Р. Мэном:

Мониторинг – это система повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой.

Одним из мероприятий, намеченных Стокгольмской конференцией, было создание Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГС МОС). Эта система была определена как система наблюдения, сбора и обобщения данных и распространения информации с определенными целями для выполнения одной или нескольких следующих функций:

-          установления факта значительного изменения в окружающей среде и обеспечение раннего оповещения о нем;

-          изучение условий и тенденций фактов изменения окружающей среды с целью принятия соответствующих решений и планирования мер по защите окружающей среды;

-          проверка соответствия фактического качества окружающей среды установленным критериям и нормам;

-          проверка эффективности систем контроля и принимаемых мер;

-          обзор и изучение влияния изменений окружающей среды, в частности, на здоровье человека, природные ресурсы и человеческую деятельность;

-          изучение воздействия конкретных видов деятельности на окружающую среду с целью принятия решения о необходимости замены некоторых видов этой деятельности.

На первом межправительственном совещании по мониторингу, которое состоялось в г. Найроби в 1974 году, были сформулированы семь основных целей ГС МОС и принята обобщающая формулировка понятия мониторинга окружающей природной среды.

Основные цели ГС МОС:

1. Организация расширенной системы информации об угрозе здоровья человека.

2. Оценка глобального загрязнения атмосферы и его влияния на климат.

3. Оценка количества и распределения загрязнителей в биологических системах, особенно в пищевых цепочках.

4.Оценка критических проблем возникающих в результате сельскохозяйственной деятельности и землепользования.

5. Оценка реакции наземных экосистем на воздействия окружающей среды.

6. Оценка загрязнений океана и влияния загрязнений на морские экосистемы.

7. Создание усовершенствованной системы предупреждений стихи иных бедствий в международном масштабе и выработка списка приоритетных поллютантов для систем.

Мониторинг окружающей среды является обеспечивающей частью системы управления природной средой.

Из этого вытекают основные функции ГС МОС (и любого другого мониторинга):

1. Наблюдения и контроль за изменениями состояния природной среды.

2. Оценка состояния природной среды, базирующаяся на данных наблюдений и экологических нормативах.

3. Прогноз изменения состояния природной среды и отдельных экологических систем.

4. Управление природной средой.

В функции управления природной средой следуют различать стратегию и тактику. Система мониторинга отвечает лишь за стратегию управляющих решений, т.е. рекомендует различные средозащитные мероприятия и (или) природосберегающие технологии. Тактика управляющих решений определяется органами государственной власти и организациями, имеющими соответствующие права.

Работа ГС МОС в рамках ЮНЕП ведется по пяти основным направлениям: мониторинг климата; мониторинг крупномасштабного переноса и осаждения загрязняющих веществ; мониторинг для целей здравоохранения; мониторинг возобновляемых природных ресурсов; мониторинг океана.

С точки зрения предметного содержания мониторинг окружающей среды можно представить как систему трёх основных видов мониторинга: геоэкологического мониторинга, биологического мониторинга и социального мониторинга.

Подсистемы детального мониторинга предназначены для того, чтобы обеспечить экологическую оценку изменений окружающей среды под влиянием действующего или проектируемого объекта. В последнем случае постановка мониторинга предусматривается как реализация процедуры ОВОС. Соответственно, данные мониторинга служат основанием для принятия управляющих решений по предотвращению опасных воздействий на окружающую среду.

Подсистемы мониторингов детального уровня служат важнейшим звеном в организации систем более высокого ранга. В зависимости от инженерно-хозяйственного освоения того или иного района (территории) выделяются следующие виды мониторингов локального уровня:

— мониторинг городских территорий (городских агломерацией);

— мониторинг промышленных территорий;

— мониторинг горнодобывающих предприятий;

— мониторинг гидротехнических сооружений;

— мониторинг районов АЭС;

— мониторинг районов транспортных линейных сооружений;

— мониторинг сельскохозяйственного и гидромелиоративного освоения.

Возможны и другие комбинации мониторинга на локальном уровне.

Национальные системы мониторинга имеются во многих развитых странах: США, Германия, Франция, Швеция, Япония и др.

В России также создана и действует Федеральная служба по мониторингу окружающей среды, сеть которой базируется на областных, краевых и республиканских органах управления, а также на наблюдательных службах Росгидромета.

Для более эффективного научно-методического и оперативного руководства общегосударственная система мониторинга подразделяется на следующие подсистемы:

— мониторинг загрязнения атмосферного воздуха;

— мониторинг загрязнения вод суши;

— мониторинг загрязнения моря;

— мониторинг загрязнения почв;

— мониторинг источников почв;

— мониторинг геологической среды.

Национальная система мониторинга России предназначена для решения следующих задач:

— наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы, почв, вод и донных отложений рек, озер, водохранилищ и морей по физическим, химическим и гидробиологическим (для водных объектов) показателям с целью изучения распределения загрязняющих веществ во времени и пространстве, оценки и прогноза состояния окружающей среды, определения эффективности мероприятий по ее защите;

— обеспечения органов государственного управления, хозяйственных организаций и населения систематической и экстренной информацией об изменениях уровней загрязнения (в том числе радиоактивного) атмосферного воздуха, почв, водных объектов под влиянием хозяйственной деятельности и гидрометеорологических условий, прогнозами и предупреждениями о возможных изменениях уровней загрязненности;

— обеспечения заинтересованных организаций материалами для составления рекомендаций в области охраны природы и рационального использования природных ресурсов, составления планов развития хозяйства с учетом состояния природной среды и других вопросов развития экономики. Проводят следующие виды наблюдений:

— за состоянием загрязнения воздуха в городах и промышленных центрах;

— за состоянием загрязнения почв пестицидами и тяжелыми металлами;

— за состоянием загрязнения поверхностных вод суши и морей;

— за трансграничным переносом веществ, загрязняющих атмосферу;

— комплексные наблюдения за загрязнением природной среды и состоянием растительности;

— за химическим составом и кислотностью атмосферных осадков и снежного покрова;

— за фоновым загрязнением атмосферы:

— за радиоактивным загрязнением природной среды.

В основе организации и проведения режимных наблюдений лежат следующие основные принципы: комплексность и систематичность наблю­дений, согласованность сроков их проведения с характерными гидрологичес­кими ситуациями и изменением метеорологических условий, определения показателей едиными методиками на всей территории страны.

Система базируется на сети пунктов режимных наблюдений, которые устанавливаются в городах, на водоемах и водотоках как в районах с повышенным антропогенным воздействием, так и на незагрязненных участках.

Посты наблюдения организованы: вокруг крупных промышленных предприятий, где отмечаются серьезные повреждения лесов на достаточно больших площадях; в ценных лесах, отнесенных к памятникам природы; в районах ввода в действие новых крупных промышленных предприятий, выбросы которых в ближайшее время могут привести к ослаблению и повреждению лесонасаждений. Наблюдения проводятся на постоянных пробных площадях.

Система фонового мониторинга ориентирована на получение информации о состоянии природной среды на территории Российской Федерации, на основании которой проводятся оценки и прогноз изменения этого состояния под влиянием антропогенных факторов. На территории России станций комплексного фонового мониторинга (СКФМ) располагаются в биосферных заповедниках.

Кроме того, в системе Росгидромета ведется работа по оперативному выявлению и расследованию опасных эколого-токсикологических ситуаций, связанных с аварийным загрязнением природной среды.

Чтобы определить динамику изменений состояния биосферы, измерения должны проводиться через определенные промежутки времени, а по важнейшим показателям непрерывно.

Теоретически для изучения любой территории необходимо решение нескольких задач, т.е. создание многоцелевого мониторинга. Практически это не всегда осуществимо, из-за ограниченности материальных ресурсов. Поэтому может быть приемлем принцип создания мониторинга доминирующего фактора.

Для того чтобы организовать работу по развития системы глобального мониторинга окружающей среды в соответствии с рекомендациями ЮНЕП, нужны, несомненно, комплексные исследования с фиксацией и анализом компонента окружающей среды всех геосфер — атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы. Обеспечить высокий профессиональный уровень этих исследований можно только путем самой тесной координации усилий специалистов всех направлений мониторинга.

Для обработки и управления мониторинговой информацией в последние годы используют технологию геоинформационных систем или (ГИС).

ГИС создают единое информационное пространство, и являются инструментом для сбора, хранения, систематизации, анализа и представления информации в виде высококачественных карт и планов.

Только с появлением ГИС стало возможным комплексно оценивать экологические проблемы.

ГИС используют картографические, статистические, аэрокосмические материалы, результаты полевых наблюдений и съемок, а также текстовые источники. Наиболее информативными из вышеперечисленных источников являются карты и другие изображения. Важным источником информации являются материалы дистанционного зондирования территорий из космоса.

ГИС оперируют огромными базами данных, которые представляют собой совокупность данных организованных по определенным принципам. Эффективность данной технологии несоизмеримо выше с точки зрения анализа данных и моделирования ситуаций, процессов, явлений и т.д.

В настоящее время в России ведутся работы по созданию геоинформационных систем на всех уровнях от местного до федерального. По степени использования ГИС Россия отстала от экономически развитых стран по разным оценкам на 15-20 лет. Поэтому развитие этого направления является прогрессивным и требующим ускорения, так как ГИС становятся основным элементом систем мониторинга.

Система единого экологического мониторинга предусматривает разработку математических моделей промышленных предприятий. Эти модели позволяют определить воздействие технологических процессов на окружающую среду и определить размер затрат на уменьшение количества выбросов в окружающую среду. Моделирование ситуации позволяет выработать управляющее воздействие на экономическом уровне.

Таким образом, Единая государственная система экологического мониторинга, обеспечивает формирование массива данных для геоинформационных систем, моделирования и прогноза экологической ситуации в различных регионах России.

Мониторинговые наблюдения позволяют определить экологические резервы природных экосистем – это разница между предельно-допустимым и фактическим состоянием экосистемы.    продолжение
--PAGE_BREAK--
Экологическая экспертиза и экологический аудит

Оценка воздействия на окружающую среду проводится в рамках экологической экспертизы.

Экологическая экспертиза – это оценка уровня возможных негативных воздействий намечаемой хозяйственной деятельности на окружающую среду и природные ресурсы.

Институт экологической экспертизы начал формироваться в 70-е годы прошлого века сначала в США, Канаде, Западной Европе, Японии, и только в конце 80-х годов в нашей стране.

Экологическая экспертиза является главным инструментом государственной экологической политики.

Ее цель – предупреждение возможных неблагоприятных воздействий хозяйственной деятельности на окружающую среду. Регулирование этих отношений осуществляется Федеральным законом «Об экологической экспертизе» от 23 ноября 1995 г (с изменениями от 15 апреля 1998 г.).

Экологическая экспертиза (ЭЭ), являющаяся эффективной организационно-правовой  формой  предупредительного  контроля  и самостоятельным видом управленческой деятельности, фактически сегодня включает в себя три неравнозначных компонента: оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС), общественную (ОЭЭ) и государственную экологическую экспертизу (ГЭЭ), которые вместе с экологическим обоснованием (ЭО) и экологическим аудитом (ЭА) представляют собой основные этапы процесса непрерывного учета экологического фактора устойчивого развития. Данный процесс предложено называть экологическим сопровождением хозяйственной деятельности (ЭСХД), которое должно осуществляться на всех её стадиях – от возникновения идеи, через обоснование и реализацию замысла, до реабилитации и достижения приемлемого качества окружающей среды (ОС) после завершения деятельности в рамках этого замысла.

Цель ЭЭ – обеспечить предупреждение вредных последствий хозяйственной деятельности для охраны окружающей среды, здоровья человека, экологической безопасности общества, задача — оценить степень экологического воздействия конкретного хозяйственного объекта на окружающую среду и здоровье человека.

Задачи экологической экспертизы в общем виде можно сформулировать следующим образом:

а) организация и проведение (на стадии подготовки решения) всесторонних, объективных, научных исследований и анализа объектов экспертизы с позиций эффективности, полноты, обоснованности и достаточности предусмотренных в них мер, правильности определения заказчиком степени экологического риска и опасности намечаемой или осуществляемой деятельности, а также обеспечение экологического прогнозирования на основе информации о состоянии и возможных изменениях экологической обстановки вследствие размещения и развития производительных сил, не приводящих к негативному воздействию на ОС, т.е. определение вероятности экологически вредных воздействий и возможных их социальных, экономических и экологических последствий;

б) оценка соответствия экологическим стандартам экспортируемых объектов, намечаемых к реализации, на стадиях, предшествующих принятию решения об их реализации, или соответствия названным стандартам уже осуществляемой деятельности, обеспечение государственного экологического контроля за качеством подготовки инициатором (заказчиком) проектов решений о развитии намечаемой им деятельности, а также подготовка объективных, научно-обоснованных выводов (заключений) и своевременная передача их государственным и иным органам, принимающим решение о реализации объекта экспертизы;

в) информирование заинтересованных лиц, в т.ч. общественности о возможных неблагоприятных воздействиях на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствиях намечаемой деятельности в целях нахождения баланса интересов и компромиссного  решения для снятия возникающих социально-психологических напряжений и предотвращения конфликтов на данной почве.

Принципы экологической экспертизы:

-   презумпции  потенциальной  экологической  опасности любой намечаемой хозяйственной и иной деятельности;

-   обязательности   проведения   государственной   экологической экспертизы до принятия решений о реализации объекта экологической экспертизы;

-   комплексности оценки воздействия на окружающую природную среду хозяйственной и иной деятельности и его последствий;

-   обязательности учета требований экологической безопасности при проведении экологической экспертизы;

-   достоверности и полноты информации, представляемой на экологическую экспертизу;

-   независимости   экспертов   экологической   экспертизы   при осуществлении ими своих полномочий в области экологической экспертизы;

-   научной обоснованности, объективности и законности заключений экологической экспертизы;

-   гласности, участия общественных организаций (объединений), учета общественного мнения;

-   ответственности   участников   экологической   экспертизы   и заинтересованных лиц за организацию, проведение, качество экологической экспертизы.

Субъектами государственной экологической экспертизы должны выступать, как правило, три стороны: заказчик, подрядчик, потребитель. Заказчиком является властная государственная структура, наделенная соответствующим правом назначать подобную экспертизу: Минприроды и его территориальные органы, а в необходимых случаях – правительственные органы Федерации либо субъектов Федерации. Подрядчиком является исполнитель задания по экологической экспертизе. Им может стать научно-исследовательский институт или подобное ему учреждение, которому будет поручено провести экспертизу, или самостоятельная комиссия, подобранная компетентным органом и утвержденная им. Потребителем в данной системе общественных отношений следует назвать предприятие, организацию, учреждение, объекты которых стали предметом экспертного анализа.

Под объектами экологической экспертизы понимаются документы, предшествующие производственно-хозяйственной, рекреационной и иной деятельности, негативно воздействующей на природную среду и здоровье человека, сама вышеназванная деятельность и ее продукты.

Перечень объектов, подлежащих государственной экологической экспертизе:

-   предплановые материалы, проекты генеральных планов застройки территорий, в том числе территорий с особым режимом природопользования и ведения хозяйственной деятельности;

-   технико-экономические обоснования проектов строительства, реконструкции, ликвидации и т. д. предприятий и организаций;

-   проекты комплексных схем охраны и использования природных ресурсов;

-   материалы обследования для придания статуса особо охраняемого объекта либо зоны, нуждающейся в соответствующей реабилитации;

-   обоснования для внедрения новой техники и новой технологии, в том числе ввозимой из-за рубежа.

Обязательной государственной экспертизе также подлежат экологические обоснования лицензий и сертификатов, проекты нормативной технической и инструктивно-методической документации в части охраны окружающей среды и использования природных ресурсов.

Что касается типов ЭЭ, то они могут быть классифицированы по типу объекта, субъекта и этапа проводимой экспертизы. Существуют и специфические типы ЭЭ (при приватизации, страховании, инвестиционной деятельности и т.д.).

Выделено 15 экологически опасных видов хозяйственной деятельности, требующих особого внимания и проведения специальных исследований, дополнительных научных и проектных работ. В их числе – атомная промышленность, энергетика, металлургия, нефтехимия, нефте- и газопереработка, химическая промышленность, добыча полезных ископаемых; транспорт нефти и газа и продуктов их переработки, производство целлюлозы и бумаги, картона; производство, хранение, транспортировка и уничтожение боеприпасов, взрывчатых веществ и ракетного топлива; транспортировка, хранение, утилизация, захоронение токсичных и ядовитых отходов, животноводческие комплексы, птице­фабрики, мелиоративные системы, крупные склады для хранения нефтяных, химических продуктов, ядохимикатов и пестицидов.

В стандартах на новую технику, технологию, материалы, вещества, выпускаемую продукцию потребления устанавливаются экологические требования с целью предупреждения вреда окружающей природной среде, здоровью и генетическому фонду человека. Проверка соответствия этих объектов требованиям экологии – задача экологической экспертизы.

Особым объектом экологической экспертизы является человек, его жизнь и здоровье во взаимосвязи с окружающей средой. Такая экспертиза называется эколого-санитарной. Ее задача – установить причинную связь между состоянием здоровья человека, его изменениями и вредным воздействием окружающей  среды  под  влиянием антропогенной деятельности. Проведение эколого-санитарной экспертизы имеет принципиальное значение для решения вопроса о возмещении вреда здоровью граждан от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Близко к ней стоит эколого-нормативная экспертиза. Ее задача – исследовать соответствие требованиям экологической безопасности нормативов качества окружающей природной среды предельно допустимых концентраций, выбросов, сбросов вредных веществ, предельно допустимого уровня радиационного воздействия, воздействия шума, вибрации, магнитных полей. В процессе такой экспертизы проверяется эффективность показателей качества окружающей природной среды с точки зрения здоровья человека, охраны его генетического фонда.

Самостоятельное значение приобретает эколого-правовая экспертиза. Ее объектом являются законы, указы, правительственные постановления и распоряжения, нормативные акты министерств и ведомств, нормативные акты субъектов Федерации, принимаемые ими в рамках отведенной компетенции. Необходимость проведения эколого-правовой экспертизы вытекает из обязанности экологизации действующего законодательства, возложенной Законом РФ об охране окружающей природной среды на законодательные и нормотворческие органы.

Эколого-экспертный процесс включает пять стадий:

-   назначение экспертизы;

-   сбор, обобщение, оценку информации;

-   формирование предварительного заключения и ознакомление с ним общественности;

-   представление заключения экспертизы и утверждение его руководителем компетентного органа;

-   разрешение споров.

Государственная экологическая экспертиза назначается специально уполномоченным органом государства в области охраны окружающей природной среды. Ее выводы обладают силой надведомственного документа, обязательного к исполнению.

Ведомственная экологическая экспертиза проводится по приказу соответствующего министерства, ведомства. Ее результаты сохраняют силу внутри соответствующей ведомственной структуры, если не противоречат выводам государственной экологической экспертизы.

Общественная экологическая экспертиза организуется по инициативе   общественных объединений и проводится негосударственными структурами. Ее заключения имеют значение рекомендаций.

Научная экологическая экспертиза проводится по инициативе научных учреждений, высших учебных заведений или по инициативе научных коллективов и отдельных ученых.

Основная задача экспертной комиссии состоит в сборе, обобщении и оценке информации. По ряду объектов экспертизы представление подобного рода экологической информации вменяется в обязанность потребителя. Что касается экологически особо опасных видов хозяйственной деятельности, на ее экспертизу должны быть представлены материалы, которые в пакете называются Заявлением об экологических последствиях.

Заявление — документ о гарантиях выполнения мер по обеспечению экологической безопасности. В этом документе должны быть обязательно отражены два обстоятельства: последствия воздействия на окружающую природную среду с учетом степени экологического риска; и меры потребителя по нейтрализации экологически вредных последствий, оздоровлению и воспроизводству окружающей природной среды. Задача экспертов состоит в проверке правильности и научной обоснованности содержания данного документа.

Заключение экспертной комиссии по экологической экспертизе утверждается руководителем компетентного государственного органа специальной компетенции – министром, заместителем министра по охране окружающей среды и природных ресурсов, председателем комитета, его заместителем края, области, города, района. Член экспертной комиссии, не согласный с общей оценкой, как обычно в таких случаях, излагает собственное мнение. С утверждением заключения экспертной комиссии выводы экологической экспертизы приобретают юридическую силу. Они становятся обязательными для всех участников экологических отношений.

Лица и организации, не согласные с заключением экспертной комиссии, вправе обратиться с жалобой в тот орган, который назначил экспертизу, в вышестоящий орган, прокуратуру, народный или арбитражный суд. Административный орган, согласившись с жалобой, может отменить заключение экспертизы, одновременно назначив повторную экологическую экспертизу. Народный или арбитражный суд по иску заинтересованной стороны  вправе  признать  заключение  экологической экспертизы недействительным, если усмотрит в нем нарушение действующего законодательства о порядке назначения и проведения государственной экологической экспертизы. По тем же основаниям прокурор в суде или арбитражном суде выражает администрации, принявшей решение, протест, предусматривающий отмену незаконно принятого заключения по экологической экспертизе.

Комплексный подход к организации и проведению экологической экспертизы способствует повышению ее эффективности. Закон РФ «Об экологической экспертизе» определяет проведение экологического контроля на основе научно обоснованных достоверных фактов. Такой подход определяет объективность выводов. Следует отметить, что процедура и процесс проведения государственной экологической экспертизы в настоящее время усложнились. Это связано с растущей техногенной нагрузкой на окружающую среду, урбанизацией территорий, интенсивным развитием предпринимательства, предприятий малого и среднего бизнеса, отсутствием профессиональной подготовки специалистов по охране окружающей среды на предприятиях.

Работа с заказчиками экологической экспертизы показывает незнание ими основ природоохранного законодательства. Анализ представляемой проектными организациями документации свидетельствует о низком уровне проектных работ, особенно в части разработки специальных разделов проекта об охране окружающей среды и оценке воздействия на окружающую среду. Поэтому до 70 % представляемой на экспертизу документации возвращается на доработку для проведения дополнительных исследований, получения согласований и необходимых сведений.

Проведение экологической экспертизы требует довольно существенных финансовых затрат, поэтому принятие решения о проведении основывается на учете ряда критериев. Так, при экспертизе проектов строительства и эксплуатации хозяйственных объектов принимаются во внимание масштабы проекта и его стоимость, местоположение, возможные пути и масштабы нанесения ущерба окружающей природной среде.

При принятии решения о проведении экологической экспертизы учитываются также эффекты воздействия на человека и природные экосистемы. Один из таких эффектов – кумуляция загрязняющих веществ, т. е. постепенное накопление в экосистеме или в организме человека какого-либо вредного вещества, вызывающее по достижении определенного уровня концентрации в организме заболевание или даже гибель. Другой эффект – суммация, сложение малых количеств различных вредных веществ. Такие количества веществ сами по себе, в отдельности, могут и не представлять угрозы для здоровья или экосистемы, но в сумме они становятся опасными вследствие усиления эффектов друг друга (синергетического действия). Необходимо отметить, что комбинированные эффекты не обязательно относятся к совокупности одних только загрязняющих веществ. Это может быть совокупное воздействие химических веществ, физических факторов (излучений и т. п.), климатических условий, стрессовых воздействий и т. д.

Важным критерием необходимости проведения экологической экспертизы является местоположение проектируемого сооружения. Многие специалисты полагают, что местоположение является более объективным критерием при решении вопроса о необходимости проведения экологической экспертизы, чем масштабы или стоимость проекта. Во всех развитых странах выделяют территории с различным режимом природопользования и охраны природных экосистем: заповедники, национальные парки и т. д., что учитывается для экологической характеристики стройплощадки. Существуют специальные экологические карты с выделением зон, для которых обязательна экологическая экспертиза проектируемых сооружений.

Собственно экспертная – оценочно-аналитическая работа состоит из ряда стадий, включающих два основных элемента: проектный и послепроектный анализ объекта. Эти элементы представляют собой два типа экологической экспертизы, различающихся по объекту анализа: проектную и послепроектную экспертизу.

Проектная экспертиза — это экспертиза проекта сооружения, нормативно-технических документов на новую технику, технологию, материалы, а также проектов административных актов и законов.

Послепроектная экспертиза — это экспертиза действующего оборудования, предприятия и сооружения, а также применяемого законодательства.

Функция проверки-верификации, которую выполняет послепроектная экологическая экспертиза, получила название экологическое аудирование. В ходе процедуры экологического аудирования устанавливают следующее:

1. Степень соответствия заключения проектной экологической экспертизы установленным требованиям. В некоторых странах на этом этапе создают специальную независимую группу экспертов, которая готовит свою собственную оценку вероятных последствий сооружения хозяйственного объекта, проводит опросы населения.

2. Оценку готового текста заключения проектной экспертизы лицом, принимающим решение. Цель оценки – анализ заключения с точки зрения обоснованности решения о возможности (невозможности) сооружения хозяйственного объекта. На этом этапе важными являются такие вопросы как число изменений, внесенных в проект в процессе проведения экологической экспертизы и подготовки заключения, число рекомендаций экспертов, доступность информации для общественности и т. д.

3. Готовность объекта по критерию медико-экологической безопасно­сти, включая инспекцию органом приемки объекта. Устанавливается соответствие объекта требованиям проектно-сметной документации, определяется качество выполненных строительно-монтажных работ и т.д. Проверяется уровень природоохранной подготовки, например, функционирование очистных сооружений.

При соответствии объекта нормативным требованиям экологической безопасности выдается лицензия (разрешение) на его эксплуатацию. Таким образом, лицензирование является составной частью процесса экологической экспертизы. Оно находится как бы на границе проектной и послепроектной стадий экспертизы. Следует отметить, что оба процесса:

экологическая экспертиза и лицензирование — не обязательно должны быть использованы одновременно, т. е. они не являются синонимами.

Дальнейшие этапы послепроектной экспертизы охватывают процесс работы объекта. Вначале дается оценка функционирования объекта, пре­жде всего обслуживающего персонала, в ходе которой персонал проверя­ется на готовность решать потенциальные экологические проблемы, свя­занные с эксплуатацией объекта. Такую проверку осуществляет инспек­тирующая организация или менеджеры проекта (предприятия). Они оце­нивают подготовку кадров в первую очередь по тому, насколько эффек­тивны их действия, направленные на предотвращение или ликвидацию крупной аварии на объекте. Это очень важные характеристики персона­ла, так как скорость принятия решений и характер реакции на неполадку или аварию, например, при выбросе токсичного вещества в атмосферу, могут сыграть решающую роль в минимизации ущерба.

В задачи послепроектной экспертизы входит также оценка методов прогнозирования, т. е. сравнение расчетных результатов деятельности предприятия с фактическими.

Регулирование экологического аудирования как вида услуг осуществляется  на федеральном и территориальном уровнях в рамках реализации постановления Правительства РФ от 26 февраля 1996 г. №168 «Об утверждении Положения о лицензировании отдельных видов деятельности в области охраны окружающей среды».

В последние годы основополагающим критерием проведения экологической экспертизы стала степень риска нанесения ущерба окружающей среде. До этого времени, когда экологическая экспертиза проходила начальный этап своего формирования, итог ее трактовали однозначно:

«разрешено — значит абсолютно безопасно». В настоящее время подход к экологической экспертизе качественно изменился. Исследования в области анализа риска технологий показали, что прежняя концепция экологической безопасности, основанная на критериях регламентации химических веществ, должна уступить место концепции экологического риска. Согласно этой концепции, принятие оптимально­го с природоохранной точки зрения решения означает экономически и социально обоснованное сведение к минимуму отрицательного воздействия проектируемого объекта на экосистему и здоровье населения.

Одной из проблем, с которыми сталкивается экологическая экспертиза, является экологическое нормирование.

Экологическое нормирование является этапом стратегии регулирования качества окружающей природной среды.

Проблема экологического нормирования включает:

1) нормирование антропогенных воздействий на экосистемы;

2) нормирование качества и состояния окружающей среды и экосистем;

3) нормирование воздействий на здоровье человека.

Последнее выступает в качестве приоритета государственной экологической политики во всех странах.

Система экологического нормирования является инструментом государственной политики в области природопользования и охраны окружающей природной среды. В основе современного законодательства различных стран, в числе и РФ, регулирующего антропогенные нагрузки на окружающую природную среду и обеспечивающего безопасность среды для человека, лежит система нормирования уровней концентраций загрязняющих веществ с использованием стандартов допустимых концентраций. В нашей стране наиболее апробированной для характеристики загрязненности окружающей природной среды является система предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в различных средах.

В основе разработки этих нормативов лежит анализ закономерностей  отклика живых организмов на воздействие химических веществ, исследование взаимосвязи между величиной воздействия (концентрацией и временем воздействия (экспозицией) и эффектом. Самым простым описа­нием такой связи является «уравнение Хабера»:

Е = С×Т,

где Е — эффект;

С — концентрация вещества;

Т — время воздействия вещества.

«Уравнение Хабера» применимо для токсичных химических веществ с кумулятивным действием. В других случаях можно использовать формулу Майера:

Е = к×С,

где к — константа, зависящая от свойств вещества.

Пользуясь «уравнением Хабера», эффекты различных химических ве­ществ можно сравнивать, если одну из переменных фиксировать, т. е. по времени проявления реакции на одну и ту же концентрацию или по концентрациям, на которые проявляются эффекты за фиксированное время воздействия. Под временем воздействия (экспозицией) понимают период, в течение которого организм находится под воздействием иссле­дуемого фактора, в частности, химического вещества. Отличия во време­ни реагирования на одно и то же вещество у разных организмов будут отражать отличия в их чувствительности.

Теоретическими принципами разработки ПДК являются следующие положения, вытекающие из закономерностей реагирования на токсиче­ское воздействие:

1) эффект действующего вещества пропорционален его концентрации;

2) биологическое действие любого, в частности химического, фактора подчиняется принципу пороговости, ниже которого эффекты воздейст­вия не обнаруживаются.

Во всех сферах природопользования антропогенные нагрузки на ок­ружающую природную среду должны обеспечивать безопасность среды обитания человека и не приводить к деградации природных экосистем В то же время нормирование в разных сферах природопользовании включает различные позиции.

В воздушной среде используются следующие нормативы: ПДК в воз­духе рабочей зоны (ПДКр.з.), предельно допустимая максимальная разо­вая концентрация вещества в воздухе населенных мест (ПДКм.р.), пре­дельно допустимая среднесуточная концентрация токсичного вещества в воздухе населенных мест (ПДКс.с.). ПДКр.з. — это концентрация, которая при ежедневной работе в пределах 8 ч в день в течение всего рабочего стажа не должна вызывать в состоянии здоровья нынешнего и последующего поколений заболеваний или отклонений, обна­руживаемых современными методами. ПДКм.р. — эта концентрация при вды­хании в течение 20 мин не должна вызывать рефлекторных реакций у чело­века. ПДКс.с. — эта концентрация не должна оказывать на человека пря­мого или косвенного вредного воздействия при неограниченно продол­жительном вдыхании.

В водной среде используются следующие нормативы: предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв.) и предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКв.р.).

В почве используются следующие нормативы: предельно допустимая концентрация вещества в пахотном слое почвы (ПДКп), предельно до­пустимая концентрация вещества (допустимое остаточное количество) в продуктах питания (ДОК). ПДК.п — эта концентрация не должна вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы.

Загрязнение окружающей среды почти всегда носит комплексный ха­рактер. В состав загрязнения входит не одно химическое вещество, а не­сколько, которые в разных соотношениях и комбинациях могут вызывать различные эффекты. Так, например, известен эффект суммации для ди­оксида азота и формальдегида, фенола и ацетона, этанола и целой груп­пы органических веществ. Для токсичных веществ безопасная концен­трация в окружающей среде определяется отношением С/ПДК

С/ПДК1 + С/ПДК2  +… С/ПДКn= 1

Нормирование воздействий химических веществ на человека имеет существенные особенности и относится к сфере санитарно-гигиенического нормирования.

Разработка научно обоснованных критериев обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, безопасности и безвредно­сти среды обитания человека для его здоровья является одной из основных функций Государственной санитарно-эпидемиологической службы РФ.

Главная задача состоит в установлении санитарных правил, норм и гигиенических нормативов, обязательных для выполнения органами госу­дарственной власти, местного самоуправления, общественными объедине­ниями, предприятиями, должностными лицами и гражданами. В нашей стране, как уже говорилось выше, наиболее апробированной для харак­теристики загрязненности окружающей природной среды является сис­тема ПДК загрязняющих веществ. Разработка нормативов ПДК с целью предотвращения и оценки опасности загрязнения окружающей среды для человека проводится с применением методов токсикологии. Большая часть исследований проводится в экспериментах на животных; ряд данных получают в результате обобщения и статистического анализа данных наблюдений на производственных контингентах.

Основные принципы санитарно-гигиенической регламентации (нормирования) химических веществ сводятся к следующему:

1. Принцип опережения токсикологических исследований по сравнению с внедрением в народное хозяйство.

2. Приоритет медицинских и биологических показателей в установлении нормативов по сравнению с другими требованиями (например, экономическими).

3. Концепция пороговости воздействия.

Повреждения развиваются тогда, когда негативные процессы преобладают над позитивными, адаптационные возможности живого организма исчерпаны, а скорость восстановления измененных в результате воздействия яда функций и структур будет ниже, чем скорость деструктивных процессов. Ключевым моментом гигиенического нормирования химических веществ является нахождение максимально недействующих (МНД) и минимально действующих доз (МДД). В ходе токсикологических экспериментов определяют острую и хроническую токсичность.

Для веществ, которые предназначены для международной торговли, используют унифицированные характеристики, в частности токсикологический паспорт, разработанный в рамках деятельности международных организаций.

Кроме санитарно-гигиенического нормирования химических веществ, вводятся нормативы по безопасности питьевой воды, сбросам сточных вод, загрязнения почв. При этом оценивается множество показателей: санитарных, микробиологических, показателей радиоактивного загрязнения и др.

Экологические нормативы – ПДК – не могут быть едиными для всех типов экосистем и для разных климатогеографических условий. Существующая система единых национальных нормативов ПДК давно подвергается справедливой критике.

Должно учитываться обстоятельство, что чувствительность к воздействию у организмов в разных зонах и регионах существенно различается. Адаптированность к фоновому уровню концентраций различных элементов, по-видимому наследственно закреплена в поколениях. Таким образом, ПДК должны разрабатываться для отдельных регионов и с использованием местных популяций тест-организмов.



    продолжение
--PAGE_BREAK--