Варламов А.А., Хабаров А.В. Экология землепользования и охрана природных ресурсов

Подождите немного. Документ загружается.

Варламов А.А., Хабаров А.В.

В18 Экология землепользования и охрана природных ресурсов. —

М.: Колос, 1999. — 159 с: ил. — (Учебники и учеб. пособия для студентов сред.

спец. учеб. заведений). ISBN 5-10-003210-3.

Изложены основы общей экологии и охраны природных ресурсов. Рас-

смотрены проблемы взаимодействия человека с природой, дан анализ тенден-

ций изменения окружающей среды. Особое внимание уделено теоретическим

основам экологической устойчивости землевладений и землепользовании,

комплексной природоохранной организации территории. Раскрыты основные

цели государственного земельного кадастра и мониторинга земель.

Для студентов средних специальных учебных заведений по специальности

«Землеустройство»

Введение

Экология (от греч. оikos – дом, родина; lоgоs – слово, понятие, учение) в

буквальном смысле – наука о местообитании организмов. Понятие «экология»

весьма обширно, поэтому в зависимости от задач меняется и формулировка.

Основоположник экологии Э. Геккель (1866) называл ее наукой об экономике

природы. Х. Одум (1959) дал следующее определение: «Экология – биология

окружающей среды».

Экология – это наука, изучающая условия существования и взаимосвязи

между живыми организмами и средой их обитания.

Для того чтобы без напряжения читать учебную и научную литературу по

экологии, нужно усвоить довольно сложную терминологию, принятую в этой

науке. Одна из задач данного учебного пособия – ознакомить студентов с

основами общей экологии без предварительной подготовки по анатомии,

морфологии, ботанике, химии, экономике, философии.

Разделы экологии. Прежде всего надо выделить структурную экологию,

включающую три больших раздела: аутэкологию, демэкологию и синэкологию.

Аутэкология, или экология особей, изучает взаимодействие одного

организма (особи) с окружающей средой.

Демэкология, или популяционная экология, – учение о взаимодействии

индивидуумов одного вида между собой и окружающей средой на их общей

территории, о структурах и динамике популяций отдельных видов. Эти знания

необходимы для решения важнейших проблем – определения механизмов

регуляции численности организмов, выработки оптимальной плотности,

допустимых норм изъятия из популяций при различных антропогенных

нагрузках на территорию.

Синэкопогия, или экология сообществ, анализирует отношения между

различными видами животных, растений и организмов, а также отношения

определенного сообщества с неорганической средой обитания. Она переросла в

науку об экосистемах в отечественной и немецкой литературе – в

представления о биогеоценозах.

Экологию можно классифицировать по конкретным объектам, средам

исследования. Так, выделяют экологию человека, экологию животных,

экологию растений, экологию микроорганизмов. Эти организмы исследуют на

уровне особей и популяций, поэтому выделяют экологию клетки, организма и

сообщества. Организмы обитают в различных зонах и средах – в воде, почве,

атмосфере (природных или измененных, часто загрязненных). Соответственно

в структуре экологии имеются разделы: экология суши, водоемов, атмосферы,

экология полярного, бореального, суббореального, субтропического и

тропического поясов, различных зон, экология естественных, измененных и

антропогенных систем, экология незагрязненных и загрязненных систем в

отдельности.

Часто тематика экологии переплетается с определенными отраслями

биологии и с другими науками. В результате сформировались новые

направления: эволюционная экология, экологическая физиология,

палеоэкология, экология ландшафтов, географическая экология, химическая

экология, математическая экология, глобальная экология и др. Быстрыми

темпами развиваются космическая экология, эргономика (изучает особенности-

взаимодействия человека и машины)

По отраслевым признакам обособляются агроэкология

(сельскохозяйственная), лесная, инженерная, медицинская и др. Важное

значение имеют аспекты прикладной экологии, особенно загрязнение

окружающей среды, природные ресурсы, искусственные и агрохозяйственные

биоценозы, контроль и управление качеством природной среды.

Общая экология в основном исследует законы формирования структуры,

функционирования, развития и гибели природных экосистем (биогеоценозов).

При этом прежде всего нужно знать такие свойства биогеоценозов, как

устойчивость, надежность функционирования, а также исследовать круговорот

веществ и баланс энергии в экосистемах.

Для студентов землеустроительных специальностей важно изучить

основные теоретические положения общей экологии, круговороты веществ в

природе, природные ресурсы, загрязнение среды.

Предмет, цели и задачи экологии. Объекты исследования в экологии –

организмы и их системные совокупности, экосистемы – весьма сложны.

Предмет изучения – комплекс взаимоотношений или структура связей между

организмами и окружающей средой во времени на различных уровнях

организации живого. Экология рассматривает организмы в окружающем мире,

в котором действуют постоянно меняющиеся силы.

Важнейшие дели экологии – выявить закономерности взаимодействий

между растениями, животными и микроорганизмами и средой их обитания и на

этой базе наметить пути, с помощью которых можно сохранить все

существующие на планете виды в постоянно меняющихся условиях, а также

определить пути рационального использования природных ресурсов и

обеспечить нормальную жизнедеятельность человека. Для претворения в жизнь

этих целей общей экологии следует решить следующие основные задачи:

- изучение особенностей организации жизни, преимущественно в связи с

антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом;

- установление механизмов адаптации организмов к среде:

- изучение гомеостатичности организмов, видов, популяций, экосистем, их

продуктивности в зависимости от условий среды;

- регулирование численности популяции;

- исследование энергетических связей в экосистемах;

- создание научной основы эксплуатации биологических ресурсов,

прогнозирование изменений природной среды, ландшафтов в результате

деятельности человека, управление продукционными процессами и сохранение

благоприятной среды для жизни человека;

- экологическая индикация при определении свойств различных

компонентов ландшафтов, в особенности индикация загрязнения окружающей

среды;

- восстановление нарушенных экосистем, оздоровление ландшафтов и

разработка принципов оптимального природопользования;

- сохранение эталонных участков биосферы.

Методы экологических исследований. Методологической основой

экологии является системный подход в исследованиях. На основе системного

подхода изучают свойства высокоорганизованных объектов, т.е. многообразие

связей между элементами экосистемы, разнокачественность и соподчинение.

При этом нельзя забывать о том, что экосистемы находятся в состоянии

динамического равновесия и способны противостоять изменениям природной

среды.

Системный подход состоит из следующих этапов: определение состава

экосистемы и объектов окружающей среды, которые оказывают воздействие на

нее; определение совокупности внутренних связей и связей с окружающей

средой. В системном анализе используют различные методы.

Наблюдения проводят за состоянием отдельных экосистем и компонентов

экосистемы в конкретных условиях (в поле), за их взаимосвязями в различных

ландшафтах. Определяют видовой состав всех организмов экосистем и условия

их существования. Устанавливают связи между видами, неживыми

компонентами, между организмами различных видов и природно-

климатическими условиями. Особое внимание уделяют количественным

характеристикам – температуре, влажности, численности и плотности

популяций и др. Выделяют различные зависимости, связи между элементами

экосистемы и внешними условиями, а также постоянно исследуют динамику

(сезонную, годовую, многолетнюю) всех организмов экосистем.

Наилучший метод наблюдений – метод мониторинга на определенных

стационарах с использованием современных датчиков, дистанционного

зонирования.

Когда экосистему изучают без нарушения ее функционирования, это

относится к наблюдениям, даже если в исследованиях применяют какую-либо

аппаратуру, например датчики Исследования, связанные с вмешательством в

состав или структуру экосистемы (введение дополнительных факторов –

внесение удобрения, химических средств борьбы с вредными видами,

орошение, осушение и др.), относятся к экспериментам. Они могут быть

однофакторными или многофакторными (изучают один или несколько

изменяющихся факторов), непреднамеренными антропогенными (отстрел

волков в Канаде).

Наблюдаемые факторы проверяют на математических моделях. Часто

применяют и биологические модели – экосистемы из организмов, создаваемых в

лабораториях. Это промежуточный этап между природными экосистемами и

математическими моделями. Моделирование – основа научного анализа

системной экологии. Процесс перевода физических, биохимических,

биологических представлений об экосистемах в ряд зависимостей и операции

над полученной математической системой называют системным анализом.

При моделировании стремятся создать упрощенную модель, сходную с

оригиналом. Свойства и поведение модели можно эффективно исследовать, а

данные изучения применить к оригиналу. Для моделирования используют

различные методы, в том числе модели идеализированных экосистем из одной

популяции при полном достатке элементов питания, отсутствии вредителей. и

болезней.

Моделирование природных процессов – метод анализа результатов

исследований экологических проблем путем упрощения сложных экосистем,

применения математических методов, кибернетики, ЭВМ. Степень детализации

моделей зависит от уровня их вхождения в общую структуру системы,

конкретных пространственно-временных характеристик моделируемых на

определенных уровнях природных процессов. Модели общего характера

отражают информационную взаимосвязь различных уровней экосистем,

включают многофункциональные проявления объектов среды различного

пространственного масштаба. Моделирование важно для прогнозирования

путей эволюции экологических систем, создания моделей более совершенных

экосистем по сравнению с существующими.

В экологии широко используют колориметрические, хроматографические,

спектрометрические, изотопные методы исследований.

Использование экологических исследований при землеустройстве и

для земельно-кадастровой оценки земель. Информация, полученная в

экологических исследованиях, должна быть использована при землеустройстве,

решении важнейших вопросов кадастра и мониторинга земель, при оценке

плодородия почв.

Особый интерес в этом отношении представляют:

- данные о размещении загрязнителей (промышленных объектов

различных отраслей хозяйства), о загрязнении воздушного бассейна, почв, вод

и земель тяжелыми металлами, радионуклидами, минеральными удобрениями и

пестицидами;

- материалы по химическому составу почв, природных и сточных вод;

- материалы по использованию земель, плотности населения;

- различные тематические карты, в особенности почвенная, ландшафтная,

экологическая;

- экологические паспорта предприятий, в том числе и

сельскохозяйственных.

В результате землеустроитель получает важные для работы сведения об

экологическом состоянии территории, для которой достоверно может

определить микрозоны – запретные (заповедники, зеленые зоны, ландшафтно-

экологические ниши, миграционные коридоры, рекреационные территории и

пр.), защитные и охранные (санитарно-защитные между животноводческими

фермами, различными производственными объектами и жилыми массивами,

промышленными объектами и сельскохозяйственными территориями,

населенными пунктами, водоохранные и прибрежные полосы и др.),

агроэкологические (земли незагрязненные и недеградированные, заболоченные,

потенциально эрозионно-опасные, различной степени дефлированности и

смытости, а также загрязненные тяжелыми металлами, радионуклидами,

пестицидами и другими вредными соединениями, сильнокислые или

сильнощелочные земли и пр.).

Особенно важно использовать результаты исследований загрязненных и

других деградированных земель на массивах сельскохозяйственных угодий,

прежде всего на пашне, где возделывают культуры, продукция которых идет в

пищу. При землеустройстве, ориентированном на экологически

сбалансированное использование земель, следует учитывать также физическую

деградацию почв, прежде всего переуплотнение, дегумификацию (потерю

гумуса), антропогенные изменения осушаемых и орошаемых почв и их

возможные негативные экологические последствия, воздействие кислых

дождей на почвы, загрязнение водных источников биогенными веществами и

различными химическими соединениями. На основе этих данных принимают

определенные землеустроительные решения (например, уточняют

внутрихозяйственную специализацию, рассчитывают урожайность

сельскохозяйственных культур и продуктивность угодий на перспективу,

устанавливают состав, соотношение и размещение угодий, определяют

различные мелиоративные и природоохранные мероприятия и пр.).

В проектах землеустройства в водоохранных зонах исключаются

строительство жилых массивов и других объектов, прокладка дорог, распашка

земель. Прибрежные полосы рекомендуется залужать и высаживать на них

деревья. В зонах загрязнения запрещено возделывать культуры, употребляемые

на корм животным и в пищу людям, рекомендовано выращивать технические

культуры, идущие на промышленную переработку, многолетние травы на

семена. Если же загрязнение тяжелыми металлами слабое, то можно

выращивать культуры на силос.

Совершенствование структуры землепользования должно базироваться на

концепции эколого-хозяйственного баланса территории. При организации

территории обязательно должен быть соблюден баланс между антропогенной

нагрузкой на земли и способностью территории к естественному

самоочищению. При организации рационального землепользования

необходимо учитывать экологическое воздействие сельскохозяйственного

производства на земельные ресурсы.

Данные для оценки экологического воздействия аграрного производства на

землю можно получить из ландшафтно-экологических карт. Характеристику

компонентов ландшафтов, подверженных экологическим нарушениям, дают по

качественным и количественным показателям. Так, загрязнение воздуха, воды и

почв определяют по превышению предельно допустимых концентраций

тяжелых металлов, радиоактивных веществ, различных химических веществ;

водную эрозию оценивают по интенсивности смыва и пр.; заболевание людей

выявляют по статистическим данным.

Раздел 1. Основы общей экологии

Глава 1. Биосфера земли

1.1. Биосфера и ноосфера

Термин «биосфера» (от греч. bios – жизнь, sрhаiгe – шар) предложен

австрийским геологом Э. Зюссом (1875). По его определению, биосфера – среда

обитания живых организмов, или сфера, занятая жизнью.

Учение о биосфере разработано В. И. Вернадским (1926). Биосфера

представляет собой область существования живого вещества. Живое вещество

– «функция биосферы», биосфера – результат развития живого вещества.

В.И.Вернадский впервые отметил активную преобразующую деятельность

древних и современных организмов в изменении «лика Земли».

Живое вещество, используя солнечную энергию, вовлекает минеральные

элементы Земли в непрерывный круговорот, изменяя физическую среду.

Появившиеся зеленые растения ассимилировали углерод, входящий в состав

атмосферы, и азот аммиака, а место этих элементов частично занял кислород,

высвобождающийся при фотосинтезе. С появлением живых организмов, в

особенности лишайников и зеленых растений, стала резко преобразовываться

верхняя часть литосферы, постепенно превращаясь в биокосный компонент

биосферы – почву. Процесс почвообразования происходит благодаря

избирательной поглотительной способности растений. Их корни, проникая в

горную породу, извлекают из нее фосфор, калий, кальций, магний, серу и

другие химические элементы не в тех соотношениях, в которых они содержатся

в породе и почве, а в соответствии с биологическими особенностями растений.

После отмирания растений их остатки разлагаются микроорганизмами,

превращаясь в гумус, или минерализуются и становятся доступными для новых

поколений растений. В результате горная порода приобретает своеобразное

рыхлое строение, определенные состав и свойства, что связано в основном с

биологической аккумуляцией в верхнем слое элементов питания растений.

Процессы воздействия живых организмов на физическую среду имеют

глобальные масштабы. В.И. Вернадский развил учение о космической роли

жизни в истории Земли, увидел в биосфере согласованный космический

механизм. Изучать отдельные части этого механизма нужно в тесной связи с

представлением о нем как о едином целом. Фактически это «природная

лаборатория», в которой господствуют различные «трансформаторы»,

переводящие космические излучения в действенную земную энергию –

тепловую, электрическую, химическую и др. Совокупная деятельность живого

вещества проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба, т.е.

порождает всеобщий планетарный процесс – миграцию химических элементов

в биосфере, движение земных атомов.

Биосфера – это исторически сложившаяся, многокомпонентная,

планетарная, саморегулирующаяся система живого вещества. Состав, структура

и энергетика ее обусловлены прошлой (в течение геологического времени) и

настоящей деятельностью живых организмов. В биосфере осуществляется

обмен веществом и энергией между атмосферой, литосферой и гидросферой.

Жизнь создает в окружающей среде условия, благоприятные для своего

существования.

Учение о биосфере – общая концептуальная основа всех биосферных наук,

в состав которых входят генетическое почвоведение В.В. Докучаева,

биогеоценология В.Н. Сукачева, геохимия ландшафтов Б.Б. Полынова,

биогеохимия В.И. Вернадского, гелиобиология и магнитобиология А.Л.

Чижевского, радиационная биогеоценология Н.В. Тимофеева-Ресовского,

учение о мировых центрах происхождения культурных растений Н.И. Вавилова

и др. В основе этих учений лежит взаимосвязанность физического и

биологического миров. Структурное подразделение биосферного класса наук

отражает существующую структурную организованность биосферы и ее

систем.

Вещество биосферы, по В.И. Вернадскому, состоит из нескольких

существенно разнородных компонентов или частей:

- совокупность живых организмов, живого вещества, рассеянного в

миллиардах особей, обладающих колоссальной энергией и представляющих

нечто единое, связанное с окружающей средой биогенным током атомов –

дыханием, питанием, размножением;

- биогенное вещество, обязанное своим происхождением живым

организмам (например, осадочные породы органического происхождения,

каменный уголь, нефть, битум и др.);

- косное вещество, образуемое процессами, в которых жизнь не участвует

(например, твердые, жидкие и газообразные соединения, из которых только

твердые в географической оболочке не являются носителями свободной

энергии);

- биокосное вещество, создаваемое живыми организмами и косными

процессами (например, воды биосферы, почвы, приземная часть атмосферы; в

них проявляется геохимическая энергия живого вещества);

- радиоактивные дисперсно-рассеянные вещества;

- рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из живого вещества в

результате воздействия космических частиц;

- вещества космического происхождения – отдельные атомы и молекулы

солнечного происхождения или приходящие из мирового пространства, а также

космическая пыль, метеориты, попадающие в биосферу.

Все формы вещества находятся в активной взаимосвязи. Везде в биосфере

встречаются живое вещество или же результаты его биохимической

деятельности. Географическая оболочка Земли – это как бы постоянно

действующий механизм, обусловленный главным образом жизнедеятельностью

организмов и связанный с характером составляющих его атомов. По

В.И.Вернадскому, работа превращения живыми организмами энергии из

солнечной в земную, химическую подчиняется неизменным математическим

закономерностям.

Пределы биосферы – наибольшая высота и наибольшая глубина

распространения живого вещества. Ее верхняя граница охватывает тропосферу

(нижний слой атмосферы) толщиной от 8...10 км над полюсами и 10…12 км над

умеренными широтами до 16…18 км на экваторе. В тропосфере сосредоточены

около 80 % атмосферы и весь водяной пар. В этой оболочке происходят в

основном метеорологические процессы и сосредоточена вся наземная жизнь.

Частично сфера жизни заходит в статосферу, в которой на высоте пример25…

30 км существует озоновый экран, защищающий все живое от

коротковолнового (ультрафиолетового) излучения Солнца. Нижней границей

биосферы являются верхние слои литосферы (в среднем до глубины З...4 км).

Существование активной жизни (эубиосферы) ограничено температурой 100

С.

Гидросфера охвачена жизнью по всей своей толще. Однако нижний предел

существования жизни под океаном опускается до 1 км в глубь его от дна.

Наибольшая глубина Мирового океана 11 022 м (Марианский желоб в Тихом

океане к северу от острова Новая Гвинея).

Область же распространения прочной оседлости живых организмов

намного меньше. Верхняя граница ее – высота самых высоких деревьев.

Нижняя граница в гидросфере ограничивается глубиной проникновения

солнечных лучей в толщу воды (80...100 м в тропиках и на экваторе, 15...20 м в

северных широтах), так как водные животные зависят от фитопланктона

(мельчайших организмов растительного происхождения), составляющего

основу пищевой цепи. В литосфере живые организмы сосредоточены в самых

верхних рыхлых слоях мощностью 1…2 м, вернее, в почвах, особенно в

гумусовых горизонтах, лесной подстилке. Таким образом, по сравнению с

общей протяженностью биосферы по вертикали (не менее 30 км) толщина

такой «пленки жизни» весьма незначительна – не более 300 м. Ее называют

географической оболочкой или ландшафтной сферой.

Человеческое общество, особенно в век научно-технического прогресса,

превратилось в мощную силу, которая целенаправленно меняет окружающую

среду, в том числе и околоземное космическое пространство. Человек в

процессе труда существенно преобразует биосферу как среду своего обитания,

биосфера переходит в качественно новую стадию – становится техносферой,

или ноосферой (от греч. noos – разум).

Впервые термин «ноосфера» предложен Э. Леруа и Тельяром де Шарденом

(1927). Эти ученые трактовали понятие ноосферы мистически, как некую

совокупность «элементов мысли», облегающую нашу планету наподобие

оболочки, или ступень развития сознания, не учитывая преобразующую силу

деятельности человека. С позиций В.И. Вернадского, ноосфера – новая фаза

эволюции биосферы, этап разумного регулирования взаимоотношений человека

и природы. Человек внес в биосферу разум, труд, науку. В.И. Вернадский

осветил проблему единства природы и общества с позиции практического

реализма, вскрыв элементы гармонии и дисгармонии в зависимости от

деятельности человека. Гармоничное развитие (без срывов, деформаций,

катастроф) возможно лишь на основе научного подхода.

Человек пронизывает биосферу, реорганизует ее, усложняет и тем самым

преобразует в ноосферу, представляющую собой единую систему человечество

– производство – природа. Разумная деятельность человека – главнейший

фактор развития биосферы Процесс преобразования биосферы в ноосферу

будет сопровождать всю историю человечества, так как биогеохимическое

содержание жизнедеятельности человека – объективная закономерность.

Биосфера – особая геологическая земная оболочка, не только охваченная

жизнью, но и ею организованная, так как возникла в геохимической среде

Земли. Ноосфера – биосфера, преобразующаяся под воздействием человека,

изменяющего внешний облик Земли, ее геохимию (перераспределение

химических элементов). В результате активной деятельности человека возник

своеобразный тип миграции химических элементов – техногенный. Процессы,

связанные с ним, называют техногенезом. Они подчиняются не природным

факторам, а социально-экономическим законам.

Ноосфера отличается от биосферы большим объемом и разнообразием

информации. В ноосфере используется и расходуется энергия, накопленная

биосферой.

1.2. Экосистемы

Понятие «экосистема» введено английским ботаником А. Тенсли (1935),

который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих

организмов и окружающую их среду.

По современным представлениям, экосистема как основная структурная

единица биосферы – это взаимосвязанная единая функциональная

совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное

сообщество живых организмов и окружающей неживой среды. В этом

определении подчеркнуто наличие взаимоотношений, взаимозависимости,

причинно-следственных связей между биологическим сообществом и

абиотической средой, объединение их в функциональное целое. Биологи

считают, что экосистема – совокупность всех популяций разных видов,

проживающих на общей территории, вместе с окружающей их неживой средой.

В.Н. Сукачевым (1972) в качестве структурной единицы биосферы

предложен биогеоценоз. Ьцогеоценозы – природные образования с четкими

границами, состоящие из совокупности живых существ (биоценозов),

занимающих определенное место. Для водных организмов – это вода, для

организмов суши – почва и атмосфера.

Понятия «биогеоценоз и «экосистема» до некоторой степени однозначны,

но они не всегда совпадают по объему. Экосистема – широкое понятие,

экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это

понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых

компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и

энергии. Так, к экосистемам относятся капля воды с микроорганизмами,

аквариум, горшок с цветами, аэротенк, биофильтр, космический корабль.

Биогеоценозами же они не могут быть. Экосистема может включать и

несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны,

почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в

целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом,

тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой.

Масштабы экосистем различны: микросистемы (например, болотная кочка,

дерево, покрытый мхом камень или пень, горшок с цветком и т.п.),

мезоэкосистемы (озеро, болото, песчаная дюна, лес, луг и т.п.),

макроэкосистемы (континент, океан и т.п). Следовательно, существует