Основы экологии

© Челноков А. А., Ющенко Л. Ф., Жмыхов И. Н., 2012

© Оформление РУП «Издательство “Вышэйшая школа”», 2012

Предисловие

На современном этапе развития человеческого общества важнейшее значение приобретает экологическая грамотность населения и особенно специалистов. Наряду с умением сохранять природу, рационально использовать ее ресурсы в производственной деятельности, специалист должен прогнозировать возможные изменения окружающей среды и связанные с ними последствия.

Предлагаемое читателю учебное пособие «Основы экологии», подготовленное А. А. Челноковым, Л. Ф. Ющенко и И. Н. Жмыховым, в большой мере отвечает этой задаче. Оно подготовлено на основе систематизации обширного материала, используемого авторами в своей учебной и научной деятельности.

Книга является попыткой приблизить учебную дисциплину к производству и вооружить специалистов реальными знаниями, необходимыми им для эффективной производственной деятельности.

В пособии представлен комплекс специальных знаний в области общей экологии, комплексного и рационального использования природных ресурсов, механизма административного и экономического управления природопользованием, экологического права, средозащитной техники и технологии. Достаточно четко и доходчиво рассмотрены вопросы нормирования качества окружающей среды, выбросов, сбросов, образования отходов. Примечательно, что в пособии нашли отражение такие проблемы неблагоприятного воздействия на окружающую среду, как шум, вибрация, электромагнитные поля и др., приведены новые разработки в области защиты окружающей среды.

Большой заслугой авторов учебного пособия является проблемное изложение материала, что несомненно будет побуждать и способствовать активизации обучения и развития у читателей творческого мышления. Поскольку высшее образование Беларуси находится в преддверии вступления в Болонский процесс, широкий спектр рассматриваемых в учебном пособии экологических вопросов окажет неоценимую помощь студентам в самостоятельном изучении различных дисциплин экологического цикла.

Предлагаемое учебное пособие представляет собой фундаментальный вклад в учебную литературу по проблемам экологии и рационального природопользования, поэтому его издание является чрезвычайно актуальным.

Приведенный в пособии материал будет полезен не только студентам и слушателям системы постдипломного образования, но и специалистам служб охраны окружающей среды предприятий и организаций всех отраслей экономики при решении экологических проблем, проектных организаций, органов государственного и ведомственного управления, надзора и контроля, а также всем, кому небезразлично будущее цивилизации.

Академик Национальной академии наук Беларуси Ф. Н. Капуцкий

От авторов

К началу XXI в. наша планета оказалась в преддверии глобального экологического кризиса, так как своей технократической деятельностью человек нарушил сбалансированность многих биосферных процессов на Земле. Если на ранних этапах социально-экономического развития человечества потенциал природы был достаточным для компенсации антропогенного давления, то в настоящее время эта способность природной среды подходит к рубежу исчерпания. Поэтому решение проблем охраны окружающей среды становится приоритетным для развития цивилизации.

Национальная стратегия устойчивого развития Беларуси предполагает планомерный стабильный социально-экономический рост с учетом рационального использования природных ресурсов и сохранения благоприятной окружающей среды для настоящего и будущих поколений. Переход к устойчивому развитию должен в перспективе решить проблему паритета социально-экономического и экологического развития, повышения качества жизни человечества. Достижение равновесия экологических и экономических ценностей возможно только при условии совершенствования хозяйственных механизмов, институционных преобразований, формирования общественного мнения и понимания экологических проблем.

Решение поставленной задачи в значительной степени зависит от подготовленности специалистов в области экологических знаний. Руководителям и специалистам необходимо владеть научными основами экологической безопасности, а также способами их практического применения для устранения негативного воздействия производства на окружающую природную среду.

В настоящее время в учреждениях высшего образования Республики Беларусь в зависимости от профиля специальностей в учебные планы введены различные экологические дисциплины: «Основы экологии», «Основы экологии и экономика природопользования», «Основы экологии и контроль состояния окружающей среды», «Основы промышленной экологии», «Отраслевая экология» и др. В основе этих дисциплин традиционно лежат вопросы общей экологии и охраны природы (дисциплины прошлого столетия), т. е. преобладает природно-ресурсный подход к преподаванию этого предмета.

Анализ содержания многих действующих программ дисциплин экологического цикла в технических учебных заведениях республики показывает, что они не всегда отражают существующее состояние этой деятельности в реальном секторе экономики и проектной работе. Например, в Беларуси хорошо разработаны правовой, экономический и административный механизмы управления окружающей средой в соответствии с Концепцией национальной безопасности, Концепцией государственной политики Республики Беларусь в области охраны окружающей среды, Национальной стратегией устойчивого социально-экономического развития Республики Беларусь на период до 2020 г. и другими основополагающими документами. В республике уже сотни предприятий разработали системы управления окружающей средой, сертифицируют свою продукцию экологическими знаками соответствия, создали соответствующие службы, организовали обучение, инструктажи и производственный контроль в области охраны окружающей среды и многое другое. Некоторые предприятия ушли еще дальше – создали интегрированные службы охраны труда и окружающей среды с соответствующими объединенными системами управления. Но, к сожалению, в высшей школе все это осталось за рамками действующих учебных программ дисциплин экологического цикла.

Предлагаемое учебное пособие является первой попыткой приблизить учебную дисциплину к производству и вооружить будущих специалистов реальными знаниями, необходимыми им для эффективной производственной деятельности.

Изучение дисциплины должно содействовать овладению студентами комплексом специальных знаний в области общей экологии, комплексного и рационального использования природных ресурсов, механизма административного и экономического управления природопользованием, экономики природопользования, экологического права, техники и технологии защиты окружающей среды.

Учебное пособие составлено авторами на основе курсов лекций различных экологических дисциплин, читаемых в Белорусском национальном техническом университете, Белорусском государственном технологическом университете (Белорусском технологическом институте им. С. М. Кирова), Могилевском государственном университете продовольствия, Институте повышения квалификации и переподготовки руководителей и специалистов промышленности «Кадры индустрии» Министерства промышленности Республики Беларусь, Республиканском учебном центре подготовки, повышения квалификации и переподготовки кадров в области охраны окружающей среды Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь и других, а также по авторским материалам проектирования в области экологической безопасности.

Материал учебного пособия составлен на основе действующих законодательных и нормативных документов по охране окружающей среды и рациональному природопользованию. Поскольку в некоторых главах пособия по существу изложен материал самостоятельных дисциплин, которым посвящена обширная специальная литература, в нем приводятся лишь сведения, необходимые для усвоения общих закономерностей, относящихся к предмету изучения. Более полную информацию по рассматриваемым вопросам можно получить из оригинальных документов по соответствующим ссылкам в тексте пособия, а также в литературе, которая использовалась при подготовке пособия и приведена в библиографическом списке.

Пособие составлено для студентов технологических и технических специальностей учреждений высшего образования, но по объему справочно-информационного материала может быть полезно для специалистов, занимающихся проблемами экологической безопасности, слушателям системы последипломного образования, магистрантам, а также широкому кругу читателей, которым небезразлично будущее нашей страны и планеты в целом.

Признательность за доброжелательное и критическое отношение к рукописи авторы выражают преподавателям Могилевского государственного университета продовольствия А. Ф. Мирончику, К. К. Юращику, В. Н. Цапу (кафедры ОТ и Э), И. А. Будкуте (кафедра химической технологии высокомолекулярных соединений), начальнику отдела охраны окружающей среды ОАО «Могилевхимволокно» Г. Н. Гулиной, начальнику Могилевского комплексного отдела ОАО «ГИАП» Ю. В. Кашлевскому, директору Института повышения квалификации и переподготовки кадров Брестского государственного технического университета Н. П. Яловой, а также рецензентам: профессору Белорусского государственного экономического университета, доктору биологических наук (по специальности «Экология») К. Ф. Саевичу; кандидату технических наук профессору кафедры инженерной экологии и химии Брестского государственного технического университета К. Ф. Строкачу и заведующему этой же кафедры кандидату технических наук, доценту С. В. Басову. Хорошо мотивированные замечания и пожелания, содержащиеся в рецензиях, способствовали улучшению качества пособия.

Особую благодарность авторы выражают академику НАН Беларуси Ф. Н. Капуцкому за его доброжелательное отношение к рукописи.

Авторы надеются, что настоящее учебное пособие поможет специалистам ориентироваться в рассматриваемых проблемах и профессионально принимать экологобезопасные решения в производственной деятельности. Отзывы, замечания и предложения просим направлять по адресу: издательство «Вышэйшая школа», пр. Победителей, 11, 220048, Минск.

Авторы

Введение

Предмет, задачи и методы современной экологии

В начале третьего тысячелетия нашей эры человечество переживает сложнейший этап своей биографии. Никогда прежде наш земной дом не подвергался таким политическим, физическим и духовным перегрузкам, потому что никогда прежде человек не собирал такую тяжкую дань с природы и не оказывался таким уязвимым перед той технической мощью, которую сам же и создал. Нависла угроза существования разумной жизни на нашей планете, сохранить ее – главная задача всего общества на ближайшее время. Для решения этой проблемы человечество должно объединить все свои интеллектуальные и экономические усилия, забыть религиозные, национальные, политические распри или навсегда уйти в небытие. Поэтому в Концепции национальной безопасности Республики Беларусь большое место отведено рассмотрению внутренних и внешних экологических угроз государству.

В связи с этим в качестве инструмента для решения проблемы выживания и сохранения оптимальной природной среды появилась наука – экология (от греч. oikos – дом, жилище и logos – учение, мысль), призванная выявлять закономерности взаимосвязи природы и общества, природы и человека, оценивать состояние природной среды, прогнозировать ее изменения, вырабатывать конкретные механизмы регулирования и оптимизации взаимодействия между человеческой цивилизацией и природой, а самое главное, на современном этапе она определяет стратегию дальнейшего движения нашей цивилизации.

Подобно тому как четкая постановка проблемы уже содержит определенное ее решение, так и точное название новой области науки уже крайне существенно для ее становления и развития, поскольку устанавливает объект, предмет, методы и направления исследований.

Достижения научно-технического прогресса, с одной стороны, способствуют удовлетворению всевозрастающих потребностей общества в целом и каждого индивида в отдельности, с другой стороны, заведомо отрицательно воздействуют на процессы, протекающие в биосфере, ведут к нарушению ее стабильности. Все технологические процессы и операции до недавнего времени разрабатывались безо всякой оглядки на их воздействие на окружающую среду. Поэтому потребовалось всего лишь несколько десятков лет промышленной революции, чтобы разрушить или дестабилизировать биосферные механизмы, привести к нарушению исторически сложившихся закономерностей в живой природе. Именно выяснение границ гомеостатического равновесия, за пределами которых жизнь в нашем понимании невозможна, анализ воздействия научно-технической революции на устойчивость биосферы и разработка стратегии восстановления являются одной из основных задач современной экологии.

Возникновение экологии как науки было неизбежным, так как к середине XIХ в. накопился колоссальный фактический и теоретический материал, полученный за время великих географических открытий и передела мира. Кроме того, бурное развитие промышленности уже показало те изменения во флоре и фауне, к которым приводит хозяйственная деятельность. Необходима была совершенно новая наука, которая сумела бы соединить все известные естественноисторические, естественные и философские знания в единую систему, объясняющую устройство нашего мира и те изменения, которые в нем происходят.

Название новой науки «экология», предложенное Геккелем, оказалось очень удачным, получило всеобщее признание и быстро распространилось в научном мире. В первые же годы своего существования как самостоятельной науки экология подтвердила высокую эффективность в области теории и практики.

За последнее столетие неизмеримо выросли не только масштабы человеческой деятельности, но и масштабы экологических исследований, их теоретический и методический уровень. Стало характерным внедрение в экологию энергетической оценки анализируемых процессов, системного анализа, математического моделирования, использование точнейшей аппаратуры не только в лабораторных условиях, но и непосредственно в полевых наблюдениях, непрерывного мониторинга состояния окружающей среды с одновременной математической обработкой полученных данных и т. д.

Объектом экологических исследований служат отдельные виды, видовые популяции и сообщества. В соответствии с этим в настоящее время в экологии выделилось три основных направления:

• экология видов (аутэкология);

• экология популяций (демэкология);

• экология биоценозов (синэкология, или биоценология), анализирующая отношение между особями, относящимися к разным видам данной группировки организмов (сообщества), а также между этими организмами и окружающей средой.

Таким образом, предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы) и их динамика во времени и в пространстве.

В рамках общей экологии выделились и самостоятельно существуют такие направления, как почвенная и сельскохозяйственная экология, экология растений, экология животных, экология человека и др.

Современная экология вышла за рамки сугубо биологической науки и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой, она возводится в ранг обобщающей науки, которая включает в себя экологические направления разных отраслей знаний.

В настоящее время экология трактуется как отрасль естественных наук, исследующая исторически сложившиеся взаимодействия организмов с окружающей их физико-химической, биотической и антропогенной средой на уровнях видов, видовых популяций, биогеоценозов и биосферы в целом для раскрытия закономерностей указанных процессов и решения актуальных задач хозяйственной деятельности, здравоохранения, охраны природы.

Поэтому представляется в корне неправильным использование таких выражений, как «хорошая (плохая) экология» или «здоровая экология», встречающихся, к сожалению, не только в массовой, но и в научной литературе. Экология не может быть плохой или хорошей, так как это всего лишь название науки, которая бесстрастно исследует явления, причины и следствия.

Для достижения упомянутых целей в экологии используются разнообразные методы исследований и анализа полученных данных, находящиеся в тесной взаимосвязи. Так как в экологии приходится изучать как сам организм, так и окружающую его среду, то совершенно естественно, что экологические исследования носят комплексный характер и осуществляются путем сочетания всех известных науке методов (физико-химических, химических, биологических, биохимических, системного анализа, математического моделирования и др.).

В полевых и лабораторных экологических исследованиях все большее значение приобретает использование современной техники – дистанционной и аэрокосмической телерадиометрии, радиотренинга, ночных наблюдений в инфракрасных лучах и т. д. В поле зрения эколога организм и среда его обитания обязательно находятся вместе. Поэтому экологические исследования неизбежно сопряжены с применением разнообразных методов и технических приемов, зачастую весьма сложных, учитывающих биологические особенности организмов, их поведения и условий обитания.

Знания, накопленные в рамках экологии, позволяют сделать вывод о том, что возврат к дотехногенной биосфере невозможен, и человечество, если оно надеется сохраниться на планете и жить в достаточно комфортных условиях, должно идти вперед от изуродованной его руками техносферы к преобразованной его мыслью и осознанными желаниями ноосфере. В этой связи неимоверно возрастает роль экологии как науки, способной разработать стратегию и тактику такого перехода.

Изучение дисциплины «Основы экологии» является обязательным элементом фундаментальной подготовки специалистов и основой того, что выпускники учреждений высшего образования смогут в ходе своей профессиональной деятельности осуществлять интеллектуальное, образовательное и инженерное обеспечение устойчивого состояния окружающей среды, биологического разнообразия и природно-ресурсного потенциала государства.

Цель дисциплины – формирование у студентов специальных знаний, связанных с закономерностями развития биосферы, техносферы и ноосферы, рационального использования природных ресурсов, обеспечения экологической безопасности и устойчивого развития Республики Беларусь в интересах настоящего и будущих поколений.

Главная задача дисциплины – формирование экологического мировоззрения будущих специалистов, которое позволит им профессионально анализировать и оценивать собственную производственную деятельность в отношении к окружающей природной среде и принимать экологически обоснованные решения.

Конкретные задачи дисциплины – дать специалистам теоретические знания и практические навыки, необходимые для реализации следующих направлений деятельности:

• формирование системных знаний по проблемам охраны окружающей среды в процессе промышленного производства, умений прогнозировать результаты воздействия производства на природную среду;

• формирование экологического сознания, воспитание экологической культуры, чувства ответственности, а также рационального и бережного отношения к использованию природных ресурсов;

• развитие потребности лично участвовать в природоохранной деятельности, в том числе и в пропаганде знаний в области охраны окружающей среды;

• ознакомление с новыми, перспективными, экологически чистыми ресурсо- и энергосберегающими методами природопользования.

В результате освоения дисциплины студентам необходимо знать:

• закономерности развития жизни на Земле, принципы устройства и функционирования биосферы;

• основные проблемы взаимоотношений человека, общества и окружающей среды;

• важнейшие законы классической экологии;

• основные экологические проблемы и мероприятия по охране окружающей среды в отрасли;

• виды мониторинга и нормирование качества окружающей среды;

• экологические требования к размещению и проектированию промышленных и иных объектов;

• направления государственной политики в области рационального природопользования, охраны окружающей среды;

• экономические рычаги управления природопользованием;

• законодательные и другие нормативные правовые акты в области рационального природопользования, охраны окружающей среды;

• систему экологического контроля и государственного управления;

• значение международного сотрудничества в решении глобальных и региональных экологических проблем;

• экологические понятия, термины и определения;

• классификацию и состояние природных ресурсов;

• виды природопользования;

• классификацию источников загрязнения окружающей среды;

• экологическую характеристику производства;

• нормирование выбросов и сбросов вредных веществ в природную среду;

• основные принципы защиты окружающей среды.

Студенты должны уметь:

• проводить экологическую оценку технических и технологических решений;

• обосновывать основные нормативы допустимого воздействия на окружающую среду;

• выбирать необходимое оборудование для очистки газовоздушных выбросов и сточных вод;

• прогнозировать последствия техногенного воздействия на окружающую среду;

• определять экологические аспекты, связанные с производственной деятельностью;

• пользоваться различными источниками информации в области охраны окружающей среды и осуществлять пропаганду экологических и природоохранных знаний в профессиональной деятельности;

• организовывать мониторинг состояния окружающей среды;

• давать экономическую оценку природных ресурсов, ущерба от загрязнения окружающей среды.

В экологии, как в большинстве других дисциплин, термины и определения стандартизированы, что является достаточно важным при рассмотрении правовых взаимоотношений между хозяйственными субъектами. Поэтому в пособии должное внимание уделяется терминологии. Наиболее важными предмето-образующими являются:

• природная среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов;

• окружающая среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов;

• благоприятная окружающая среда – окружающая среда, качество которой обеспечивает экологическую безопасность, устойчивое функционирование естественных экологических систем, иных природных и природно-антропогенных объектов;

• компоненты природной среды – земля (включая почвы), недра, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный и животный мир, а также озоновый слой и околоземное космическое пространство, обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для существования жизни на земле;

• охрана окружающей среды (природоохранная деятельность) – деятельность государственных органов, общественных объединений, иных юридических лиц и граждан, направленная на сохранение и восстановление природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, предотвращение загрязнения, деградации, повреждения, истощения, разрушения, уничтожения и иного вредного воздействия на окружающую среду хозяйственной и иной деятельности и ликвидацию ее последствий;

• экологическая безопасность – состояние защищенности окружающей среды, жизни и здоровья граждан от возможного вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

• экологический риск – вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для окружающей среды и вызванного вредным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера;

• требования в области охраны окружающей среды (природоохранные требования, требования экологической безопасности) – предъявляемые к хозяйственной и другой деятельности обязательные условия, ограничения или их совокупность, установленные законами, нормативными правовыми актами, нормативами в области охраны окружающей среды, государственными стандартами и иными техническими нормативными правовыми актами.

Дисциплина «Основы экологии» является естественнонаучной дисциплиной и базируется на знаниях, полученных студентами по биологии, химии, физике и специальным предметам.