Курс лекций по дисциплине "Экология"

Курс лекций по экологии
Тема 1.
БИОСФЕРА ― СПЕЦИФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ
Предмет, задачи и методы науки «Экология». Биосфера как арена жизни. Распространенность и роль живого
вещества на планете. Уровни организации живой материи. Функциональные связи в биосфере. Разнокачественность форм жизни и биогенный круговорот. Гомеостаз как главный принцип системной организации.
1.1 Предмет, задачи и методы экологии
Экология (от греч. oikos — дом, жилище и logos — учение) — наука о взаимоотношениях
живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин экология впервые ввел
немецкий биолог Э. Геккель (1866). Под термином «экология» он понимал «сумму знаний, относящихся к экономике природы». Экология возникла как часть биологии. В настоящее время
экология распалась на ряд научных дисциплин, часто далеких от первоначального ее понимания.
Отмечается разнообразное толкование содержания термина «экология». Но в любом случае в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии.
В узком смысле экология (биоэкология) — одна из биологических наук, изучающая отношения организмов (особей, популяций, сообществ) между собой и окружающей средой. Предметом изучения биоэкологии (общей экологии) являются объекты организменного, популяционновидового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой. В связи с этим выделяют следующие разделы экологии: экология особей (аутэкология, факториальная экология), экология популяций (демэкология, популяционная экология),
экология сообществ (синэкология). С биоэкологией тесно связано учение о биосфере. Задачи биоэкологии — изучение двусторонних связей в системах организм — среда, популяция — среда, сообщество — среда, а также связей между особями в популяции и популяциями в сообществе. С
другой стороны, часто выделяют экологию прокариот, грибов, растений, животных, человека.
В широком смысле экология (глобальная экология) — комплексная (междисциплинарная)
наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии
природы и общества. Задачи глобальной экологии — изучение законов взаимодействия природы и
общества и оптимизация этого взаимодействия. Экология использует широкий набор методов
исследования. Метод наблюдения и описания заключается в сборе и описании фактов. Сравнительный метод основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов. Исторический метод изучает ход развития исследуемого объекта. Метод эксперимента делает
возможным изучать явления природы в заданных условиях. Метод моделирования позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями.
Экология является теоретическим фундаментом рационального природопользования и охраны природы.
1
В первой половине XX в. начались широкие работы по изучению надорганизменных
биологических систем. Их основой послужило формирование концепции биоценозов как
многовидовых сообществ живых организмов, функционально связанных друг с другом. Эта
концепция в основном создана трудами К. Мёбиуса (1877), С. Форбса (1887) и др. В 1916 г. Ф.
Клементе показал динамичность биоценозов и адаптивный смысл этого; А. Тинеманн (1925)
предложил понятие «продукция», а Ч. Элтон (1927) опубликовал первый учебникмонографию по экологии, в котором четко выделил своеобразие биоценотических процессов, определил понятие трофической ниши и сформулировал правило экологических пирамид. В 1926 г. появилась книга В.И. Вернадского «Биосфера», в которой впервые была показана планетарная роль совокупности всех видов живых организмов — «живого вещества».
Начиная с 1935 г. с введением А. Тенсли понятия экосистема экологические исследования надорганизменного уровня стали развиваться особенно широко; примерно с этого времени стало практиковаться возникшее в самом начале XX в. деление экологии на аутэкологию (экологию отдельных видов) и синэкологию (экологические процессы на уровне многовидовых сообществ — биоценозов). Последнее направление широко использовало количественные методы определения функций экосистем и математическое моделирование биологических процессов — направление, позднее получившее название теоретической экологии.
Еще раньше (1925—1926) А. Лотка и В. Вольтерра создали математические модели роста
популяций, конкурентных отношений и взаимодействия хищников и их жертв. В России (30е годы) под руководством Г. Г. Винберга велись обширные количественные исследования
продуктивности водных экосистем. В 1934 г. Г.Ф. Гаузе опубликовал книгу «Борьба за существование» (The struggle for existence. Baltimore, 1934), в которой экспериментально и с помощью математических расчетов показал принцип конкурентного исключения и исследовал
взаимоотношения типа хищник — жертва. Экосистемные исследования остаются одним из
основных направлений в экологии и в наше время.
Уже в монографии Ч. Элтона (1927) впервые отчетливо выделено направление популяционной экологии. Практически все исследования экосистемного уровня строились на том, что
межвидовые взаимоотношения в биоценозах осуществляются между популяциями конкретных
видов. Таким образом, в составе экологии сформировалось популяционное направление, которое иногда называют демэкологией.
В середине нашего столетия стало ясно, что популяция — не просто «население», т. е.
сумма особей на какой-то территории, а самостоятельная биологическая (экологическая) система надорганизменного уровня, обладающая определенными функциями и механизмами
авто-регуляции, которые поддерживают ее самостоятельность и функциональную устойчивость. Это направление наряду с интенсивным исследованием многовидовых систем занима2
ет важное место в современной экологии (J. Christian, 1950, 1963; D. Chitty, I960; J.
Chrictian, D. Davis, 1970; V. Wynne-Edwards, 1962; Н.П. Наумов, 1967; И.А. Шилов, 1967,
1977; C.C. Шварц, 1969).
Некоторые исследователи (F. Bodenheiraer, 1958; C.C. Шварц, 1960; А. Макфедьен,
1965) полагают, что исследования на популяционном уровне представляют центральную проблему экологии.
Раскрытие роли многовидовых совокупностей живых организмов в осуществлении биогенного круговорота веществ и поддержании жизни на Земле привело к тому, что в последнее
время экологию чаще определяют как науку о надорганизменных биологических системах или
же только о многовидовых сообществах — экосистемах (J. Carpenter, 1962; Е. Odum, 1963; Н.П.
Наумов, 1973; Ю. Одум, 1975). По-видимому, такой подход обедняет содержание экологии,
особенно если учесть тесную функциональную связь организменного, популяционного и биоценотического уровней в глобальных экологических процессах (И.А. Шилов, 1981, 1985).
Вероятно, более правильно рассматривать экологию как науку с закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга
в их взаимоотношениях с условиями среды. При таком подходе экология включает в себя все
три уровня организации биологических систем: организменный, популяционный и экосистемный;
Экология как наука сложна и многогранна. Условно ее можно подразделять на отдельные
направления. Так, одно из наиболее ранних направлений — ландшафтная экология — изучает
приспособления организмов к разной географической среде, формирование биоценотических
комплексов
различных
ландшафтов,
биологические характеристики этих комплексов,
их влияние на среду обитания. Многие проблемы ландшафтной экологии имеют практическое
значение, так как климатическими и иными физико-географическими условиями определяется набор видов, их продуктивность, возможность акклиматизации полезных форм, условия
формирования и устойчивость природных очагов болезней и т. п.
Другое направление экологии исследует конкретные механизмы, с помощью которых
осуществляется приспособление к изменчивым условиям среды, необходимое для бесперебойного функционирования биологических систем разного уровня. Это направление называют
функциональной или физиологической экологией, так как большинство адаптивных механизмов
имеет физиологическую природу. Изучение механизмов и закономерностей адаптации важно
для решения ряда проблем медицины, животноводства и растениеводства, охотоведения и т. д.
В течение длительного времени функциональная экология охватывала лишь организменный уровень, однако постепенно сфера этого направления расширилась, включив физиологические механизмы, действующие в популяциях и биоценозах. Например, знание естест3
венных механизмов регуляции численности на популяционном и биоценотическом уровнях
важно при разработке стратегии и тактики контроля за численностью видов, имеющих значение в народном хозяйстве и медицине.
В наше время все более широкое значение получает количественная экология, изучающая
динамику отдельных экологических систем, их продуктивность, а также включающая математическое моделирование отдельных экологических процессов. При большой роли стохастических явлений в экологии математический подход становится необходимым инструментом анализа. Моделирование структуры и динамики отдельных экосистем, составляющих их биоценотических комплексов (например, природных очагов заболеваний), а также динамики численности практически значимых видов открывает возможность построения экологических прогнозов, разработки мер по защите урожая, профилактики эпидемических ситуаций, повышению производительности рыбного и охотничьего хозяйства и т. д.
В теоретическом плане важно направление эволюционной экологии, основной задачей которой служит выявление экологических закономерностей эволюционного процесса, путей и
форм становления видовых адаптации, а также реконструкция экосистем прошлого Земли (палеоэкология) и выявление роли человека в их преобразовании (археоэкология).
В современной биосфере одним из наиболее значимых факторов, определяющих ее состояние, стала деятельность человека. Это обстоятельство породило отмеченные выше антропоцентрические тенденции в развитии экологии. Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки экологии как биологической науки, приобретая все более направленный социальный и политический характер: многообразные формы борьбы за охрану окружающей человека среды, движение «зеленых», постановка экологических вопросов в повестку дня международных саммитов и т. п. Изучение процессов, протекающие на уровне ноосферы (В.И. Вернадский, 1944), не может ограничиваться только экосистемным подходом: оно должно включать
все разделы естественных наук наряду с исследованием хозяйственно-экономических, социальных и политических аспектов проблемы. Последний круг вопросов часто обозначают термином социальная экология, в рамках которой особое положение занимает экология человека,
призванная сочетать медико-биологический и социальный подходы в изучении положения современного человечества в глобальных экосистемах.
Биосфера — «область жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором
распространены живые существа. Термин был введен в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Обсуждая особенности Земли как планеты, он писал: «Одно кажется чужеродным
на этом большом, состоящем из сфер небесном теле, а именно органическая жизнь... На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу». Э. Зюсс, таким образом,
4
рассматривал биосферу в чисто топологическом смысле — как пространство, заполненное
жизнью. Термин вошел в обиход, не имея четкого определения.
Еще раньше, в 1802 г., знаменитый французский ученый Ж.Б. Ламарк, не употребляя термина «биосфера», отметил планетарную роль жизни в формировании земной коры
как в настоящее время, так и в прошлые этапы истории планеты, предвосхитив таким образом
современный взгляд на это понятие. На рубеже XIX—XX вв. идея о глобальном влиянии жизни на природные явления была обоснована в трудах крупнейшего ученого-почвоведа В.В. Докучаева.
Развернутое учение о биосфере создано и разработано акад. В.И. Вернадским, опубликовавшим в 1926 г. свой классический труд «Биосфера». Принципиальные положения учения В.И. Вернадского о биосфере органически сочетают подходы его предшественников. С
одной стороны, он рассматривает биосферу как оболочку Земли, в которой существует жизнь.
В этом плане В.И. Вернадский различает газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера) оболочки земного шара как составляющие биосферы, области распространения жизни. С другой стороны, В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера — не просто пространство, в котором обитают живые организмы; ее состав определяется деятельностью
живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в
настоящем и в прошлом.
Всю совокупность живых организмов он обозначил термином живое вещество, противопоставляя его косному веществу, к которому относил все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Третья категория вещества в биосфере, по
В.И. Вернадскому, это биокосное вещество. Сюда он причислял комплекс взаимодействующих
живого и косного веществ (океанические воды, нефть и т. п.; важнейшее значение как биокосное вещество имеет почва). Наконец, существует биогенное вещество — геологические породы,
созданные деятельностью живого вещества (известняки, каменный уголь и т. п.). В.И. Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.
Фундаментальным отличием живого вещества от косного является охваченность его эволюционным процессом, непрерывно создающим новые формы живых существ. Многообразие
форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и
канализированных потоков энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как
уникальной оболочки земного шара.
Таким образом, биосфера, по В.И. Вернадскому, представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и
энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов — живого вещества. Человечество входит в эту систему как ее составная часть. «Че5
ловечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли — с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту» (В.И. Вернадский, 1944).
1.2. БИОСФЕРА КАК АРЕНА ЖИЗНИ
Активная деятельность живых организмов охватывает относительно небольшой слой поверхностных оболочек нашей планеты. Его границы определяются комплексом условий, допускающих устойчивое существование сообществ живых организмов. Как уже отмечено, в состав биосферы входят нижняя часть атмосферы, гидросфера и поверхностные слои литосферы,
преимущественно подвергшаяся выветриванию с участием живых организмов ее часть — почва (педосфера, или эдафосфера).
Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства,
которые определяют не только набор форм живых организмов, обитающих в данной части
биосферы, но и их основные морфофизиологические особенности, формируя своим влиянием
принципиальные пути эволюции и становление фундаментальных черт жизненных форм
наземных, водных и почвенных организмов. Таким образом, воздушная, водная и почвенная
оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но
выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.
Гидросфера. В понятие гидросферы включают все типы водоемов. В наиболее общем
виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Поскольку основная масса воды сосредоточена в водоемах океанического типа (табл. 1.1),
свойства водной среды обычно рассматривают на примере Мирового океана. Океан занимает
около 71 % поверхности Земли, тогда как на внутренние водоемы приходится лишь около 5 %.
Таблица 1.1. Распределение запасов воды в гидросфере (по М.И. Львовичу 1967)
Составляющие части
Гидросферы
Океан
Подземные воды
Ледники
Объем тыс. км3
1 370 322
60 000
24 000
Процент от общего
объема
93,96
4,12
1,65
Озера
230
0,016
Почвенная влага
Пары атмосферы
Речные воды
75
14
1.2
0,005
0,001
0,0001
По мнению большинства современных ученых, жизнь зародилась в океане; свойства
водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм
жизни. В частности, набор химических элементов, а нередко и количественное соотношение
6
отдельных ионов в тканях живых организмов, близки к составу морской воды даже у наземных
животных, и растений. Но в большинстве случаев количественное содержание ионов в теле даже
морских организмов может отклоняться от соотношения их в морской воде (табл. 1.2). Это
объясняется активным характером обмена веществ живых организмов, их способностью избирательно извлекать из среды и задерживать в своем теле определенные соли. Некоторые из них
идут на построение раковин или иных скелетных структур, другие циркулируют в составе протоплазмы и иных жидкостей организма. Ионы некоторых солей, напротив, активно выводятся
из организма.
Т а б л и ц а 1.2. Средняя концентрация наиболее распространенных ионов, ммоль/кг,
в морской воде и в теле некоторых морских животных (по W. Potts, G. Parry, 1964)
Виды
Морская вода
Na+
478,3
Mg2+
54,5
Са2+
10,5
К+
10,1
СГ
558,4
SO42
~
28,8
Медуза Aurelia
474,0
53,0
10,0
10,7
580,0
15,8
Полихета Aphrodite
476,0
54,6
10,5
10,5
557,0
26,5
Морской еж Echinus
474,0
53,5
10,6
10,1
557,0
28,7
Моллюск мидия Mytilus
474,0
52,6
Н.9
12,0
553,0
28 9
Кальмар Logio
456,0
55,4
10,6
22,2
578,0
8,1
Равноногий рак Ligia
566,0
20,2
34,9
13,3
629,0
4,0
Краб Maia
488,0
44,1
13,6
12,4
554,0
14,5
Краб Carcinus
531,0
19,5
13,3
12,3
557,0
16,5
Омар Nephrops
541,0
9,3
11,9
7,8
552,0
19,8
Миксина Myxine
537,0
18,0
5,9
9,1
542,0
6,3
Химизм воды имеет большое значение и как фактор, обусловливающий осмотические отношения организма в водной среде. Практически у всех водных организмов существуют проницаемые для вода участки поверхности, через которые идет осмотический поток воды
Направленность и сила его зависят от разницы концентраций солей и других осмотически активных веществ между водной средой и жидкостями организма. Большинство растений и морских животных изотоничны среде, но у ряда видов первичноводных животных фактор солености среды предопределил принципиальные пути эволюции органов выделения (особенно это
характерно для позвоночных), а вторичноводных — серию адаптации, направленных на ограничение осмотического обмена с окружающей средой.
Наконец, постоянное наличие в воде растворенных и взвешенных веществ имеют большое значение как фактор питания; выделение воду продуктов метаболизма не только освобождает организм от не нужных веществ, но и широко используется водными животными на
средство химической коммуникации. Таким образом, в понятие вод как среды жизни вклю7
чается обязательное наличие растворенных взвешенных в ней веществ, в том числе имеющих органогенное происхождение.
Большое экологическое значение имеют высокая плотность вязкость воды. Удельная масса воды соизмерима с таковой тела живых организмов (например, удельная масса тела хрящевых рыб составляет 1,002—1,008 г/см3). Плотность воды примерно в 800—1000 раз выи плотности воздуха. В результате водные организмы (особенно активно движущиеся животные) сталкиваются с достаточно мощными силами гидродинамического сопротивления, что направило
эволюцию многих групп животных на формирование органов и биомеханических типе движения, снижающих лобовое сопротивление и повышающих таким образом эффективность энергозатрат на плавание.
В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены облигатной связи с
субстратом, столь характерной для наземных фор и вызванной силами гравитации. Это открывает возможность существования растений и животных в толще воды без обязательной связи с
дном или другим субстратом. В толще Мирового океана и других водоемов сложились комплексы живых организмов, «парящих» в воде и вполне самостоятельно поддерживающих круговорот веществ.
Благодаря всему этому жизнь распространена в гидросфере по всей ее толщине, встречаясь даже в самых глубоководных океанических впадинах — на глубине до 11 км. Здесь, в
условиях полной темноты и колоссального — более 100 атм. (1 ∙ 108 Па) — давления, обнаружены устойчивые и достаточно богатые видами сообщества, содержащие бактерий, одноклеточных и многоклеточных животных (Г.М. Беляев 1986).
Приспособления к обитанию в условиях высокого гидростатического давления охватывают, в частности, и сферу биохимических реакций. Показано, что разные классы белков отличаются по устойчивости к давлению. Особенно чувствительны к этому фактору лактат- и
малатдегидрогеназы. У гидробионтов, обитающих на глубине более 500 м, обнаруживаются
дегидрогеназы, обладающие большей устойчивостью к давлению, чем у мелководных видов.
Это связано с понижением каталитической активности ферментов. Для мышечных белков —
актинов — адаптация к давлению наблюдается у видов, обитающих на глубине 2—3 тыс. м, и
связана с тонкими биохимическими процессами (G. Somero, 1990).
Экспериментально выяснено, что давление, которое превышает величины, свойственные обитаемым данным видом глубинам, понижает уровень метаболизма. Эта зависимость
отсутствует у эврибатических животных, регулярно совершающих вертикальные миграции
(например, амфипода Eurythenes grillus). He исключено, что понижение скорости метаболизма у
медлительных глубоководных животных кроме экономии энергозатрат способствует заселению
глубокой зоны гидросферы с высоким давлением и недостаточной обеспеченностью пищей.
8
Перечисленные особенности гидросферы как среды жизни определили наиболее важные
черты водных экосистем. В соответствии со структурным делением водоемов на бенталъ (область дна) и пелагиалъ (толща воды) все организмы-гидробионты подразделяются на виды,
связанные с дном — бентос, и формы, обитающие в пелагиали — пелагос. В свою очередь, пелагос распределяется в разных глубинных зонах, формируя в океане сообщества эпи(примерно до 200 м), батино 6000 м) и абиссопелагиали (более 6000 м).
Эти сообщества содержат пассивно парящие в толще воды формы — планктон — и активно
плавающих животных — нектон. Особую группу составляют пелагические виды, обитающие
на границе водной и воздушной сред. Это животные и растения, связанные с поверхностной
пленкой воды и объединяемые под названием нейстон (личинки комаров, плавунцов и других
видов членистоногих, водомерки, некоторые брюхоногие моллюски и др.).
Другая группа обитателей «пограничной» зоны гидросферы — плейстон — характеризуется тем, что часть их тела находится в воде, а часть — в воздухе. Таковы, например, всем известные ряски; среди животных к плейстону относятся сифонофоры и некоторые друга виды.
Среди растений помимо уже указанных «пограничных» видов имеется большой набор водорослей и высших растений, полностью связанных с водной средой. Часть из них входит в состав
планктона близки к этой группе взвешенные в толще воды водоросли Sargassun и др. Жизненная форма погруженных укореняющихся растений (Elodea, некоторые рдесты, Zostera и др.)
связана с донным субстратом и этим близка к бентосным организмам.
Бентические организмы материковой отмели океана формируют сообщества литорали,
подразделяющейся на супралитораль («зона брызг»), собственно литораль (зона приливов и отливов) и сублитораль (не обнажающаяся часть материковой ступени — до глубины порядка 200
м). Литоральная зона хорошо выражена и в озерах, особенно крупных, где эта зона противопоставляется профундали — зоне дна расположенной ниже глубины проникновения достаточного для фотосинтеза света. Крутой материковый склон океана заселен представителями батиальной (до 6000 м), абиссальной и улътраабиссальной фауны; в этих зонах, за пределами
доступного для фотосинтеза освещения, растения отсутствуют.
Специфическая черта гидросферы заключается в отчетливом вертикальном стратиграфировании биогенного круговорота веществ. В океане и крупных озерах зона деятельности фотосинтезирующих растений определяется глубиной проникновения солнечного света достаточной
интенсивности. Эту зону называют эуфотической, глубина ее в среднем составляет около 200 м.
Вся масса живых организмов, обитающих в более глубоких слоях прямо или опосредованно использует органические вещества, синтезированные в этой зоне. При этом как объекты питания используются не только сами живые организмы, но и огромный по массе «дождь» органических остатков в виде трупов, экскретов, капелек слизи и т.д. Таким образом, все население
9
толщи океанических вод от поверхности до самых глубоких участков дна представляет собой,
по сути дела единую трофическую систему. Показано четкое соответствие биомасс планктона и
бентоса в едином вертикальном разрезе океанических водоемов («принцип соответствия» Л.А.
Зенкевича).
Наряду с этим относительно недавно (в конце 70-х годов) в глубинах океана вблизи Галапагосских островов и у берегов Мексики обнаружены особые экосистемы, связанные с зонами
раздвижения земной коры - рифтами — и основывающиеся на хемосинтезе. Эти сообщества
концентрируются в районах геотермальных источников, несущих сероводород. Бактерии и архебактерии, утилизирующие сероводород (а также некоторые другие микроорганизмыхемосинтетики), являются начальным этапом круговорота веществ в этих экосистемах. Количество органического вещества здесь в четыре раза выше, чем в поверхностных водах, и в 300—500
раз больше, чем в прилежащих участках океана.
Общая роль хемосинтетиков в океане достаточно велика: ими синтезируется порядка 1—
2 % первичной продукции. Рифтовые сообщества почти автономны и подчас весьма богаты и
своеобразны по набору составляющих видов живых организмов и форм взаимоотношений. В
частности, в рифтовых сообществах широко распространены симбиотрофные отношения: хемоавтотрофные бактерии поселяются в теле многоклеточных животных и снабжают их синтезированными на базе окисления сероводорода органическими веществами. Симбиотрофны, в
частности, некоторые виды погонофор, олигохет и др.
Континентальные водоемы сохраняют наиболее принципиальные свойства водной среды,
отличаясь от системы Мирового океана меньшими глубинами и большим диапазоном солености. По характеру подвижности водных масс различают водоемы стоячие и текучие. Стоячие
водоемы (озера, пруды) подразделяются на пресные и соленые; при этом многие континентальные водоемы по солености превосходят океанические воды; соленость их может достигать порядка 300 %.
Текучие водоемы условно подразделяют по скорости течения; экологическая роль этого
фактора может быть очень велика. Наконец, следует упомянуть очень много-численные временные водоемы, весьма разнообразные как по величине, так и по временным срокам существования и периодичности заполнения. Подразделения эти условны, тем не менее они достаточно хорошо отражают основные группы (жизненные формы) обитателей внутренних водоемов.
Водная оболочка Земли как среда обитания обладает и многими другими свойствами,
важными для ее обитателей. Вода отличается довольно низким содержанием растворенного в
ней кислорода. Для крупных животных, размеры тела которых не позволяют осуществлять дыхание путем прямого проникновения кислорода через поверхность тела, это обстоятельство
10
стало ведущим фактором эволюционного становления принципов дыхательной системы, работающей с высокой эффективностью.
Прозрачность воды определяет формирование специфической покровительственной
окраски планктонных и нектонных организмов: прозрачность тела, почти полное отражение
света или окраска по принципу скрадывающей противотени. Комплекс свойств водной среды
определил многие черты биологии размножения растений и животных: пассивное рассеивание гамет, отсутствие опылителей, использование течений для расселения личинок и т. п.
Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных сигналов. Электропроводность открывает возможность эволюционного
формирования электрических органов чувств, обороны и нападения, что невозможно для обитателей воздушной среды. В целом фундаментальные особенности воды как среды обитания определили формирование принципиальных черт строения и функционирования организмов обитателей этой среды — гидробионтов, разнообразие условий в пределах гидросферы — широкий диапазон жизненных форм растений и животных.
Атмосфера. Современная атмосфера Земли по химическому состав относится к азотнокислородному типу (табл. 1.3) и этим качественно отличается от газовых оболочек всех известных ныне небесных тел, включая планеты Солнечной системы.
Своеобразие состава современной атмосферы Земли выражается в ничтожном содержании инертных газов (кроме аргона) и молекулярного водорода. Состав атмосферы сильно отличается от вулканических газов, за счет которых она возникла в далеком прошлом. Это свидетельствует о том, что в течение геологической истории Земли происходили мощные процессы,
изменившие состав ее газовой оболочек. Эти процессы связывают с активностью живого
населения биосферы. И в самом деле, расчеты показывают, что в добиологический период атмосфера Земли мало отличалась от близкой к ней по размерам и расстоянию от Солнца Венеры.
Свойства газовой оболочки Земли неодинаковы по вертикали, частности, большое
значение имеет высотное падение атмосферного давления: на высоте около 6200 м его величина уменьшается вдвое по сравнению с уровнем моря. Этот фактор важен для фотосинтеза в
силу зависимости этой реакции от парциального давления СО2, а также для аэробных организмов, поскольку процесс газообмена прямо зависит от величины парциального давления
кислорода.
Не вполне одинаково и состояние газов на разных высотах. Условно атмосферу принято делить на гомосферу и гетеросферу: Граница между этими зонами лежит на высоте около 100 км.
Гомосфера характеризуется однородным и устойчивым газовым составом; именно к этой части
атмосферы относится приводимое во всех руководствах «стандартное) соотношение газов. Вы11
ше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации.
В составе атмосферы увеличивается содержание свободных атомов, возрастает летучесть, часть
вещества теряется в окружающем космической пространстве.
Процесс фотодиссоциации лежит и в основе возникновения озона из молекулярного кислорода. Озоновый слой располагается на высоте — 100 км; максимальная концентрация озона
регистрируется на высоте около 20 км. Озоновый экран имеет громадное значение для сохранения жизни на Земле: в слое озона поглощается большая часть идущего от Солнца ультрафиолетового излучения, причем в его коротковолновой части, наиболее губительной для живых
организмов. До поверхности Земли доходит лишь мягкая часть потока ультрафиолетовых лучей с длиной волны около 300—400 нм, относительно безвредных, а по ряду параметров необходимых для нормального развития: функционирования живых организмов. На этом основании некоторые ученые проводят границу биосферы именно на высоте озонового слоя. Воздух
как среда жизни обладает определенными особенностями направляющими общие пути эволюции обитателей этой среды. Taк высокое содержание кислорода (около 21 % в атмосферном воздухе несколько и меньше — в воздухе, заполняющем дыхательную систем животных) определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма. Не случайно
именно в этой среде возникли гомойотермные животные, отличающиеся высоким уровне
энергетики организма, большой степенью автономности от внешних воздействий и высокой
биологической активностью в экосистемах, другой стороны, атмосферный воздух отличается
низкой и изменчивой влажностью. Это обстоятельство во многом лимитировало возможности
освоения воздушной среды, а у обитателей ее направляло эволюцию фундаментальных свойств
системы водно-солевого обмена и структур органов дыхания.
Одной из важнейших особенностей атмосферы как арены жизни является низкая плотность воздуха. Говоря об обитателях воздушной среды, мы всегда имеем в виду наземные формы животных и растений низкая плотность воздушной среды закрывает возможность существования организмов, полностью осуществляющих свои функции в связи с субстратом. Благодаря этому жизнь в воздушной среде сосредоточена вблизи поверхности земли, проникая в
толщу атмосферы на высоту не более 50—70 м (кроны деревьев тропических лесов). Вместе со
складками земной коры живые организмы могут оказываться и на больших высотах (до 5—6
км над уровнем моря), но это не означает «отрыва» их от субстрата.
Высокогорье лимитирует те процессы, которые физиологически связаны с парциальным
давлением атмосферных газов. Показано, например, что в Гималаях распространение зеленой
растительности ограничено высотой 6200 м — пониженное парциальное давление СО2 закрывает возможность дальнейшего продвижения растений-фотосинтетиков. Животные (насеко-
12
мые, пауки) отмечены и выше — они питаются заносимой сюда пыльцой и другой органикой.
Временное пребывание живых организмов в толще атмосферы регулярно регистрируется на высотах примерно до 10—11 км. Птицы обычны на высотах до 1—3 км, но отмечены и
более высокие залеты. «Рекордсменом», по-видимому, является белоголовый сип, столкнувшийся с самолетом на высоте 12,5 км. Летающие насекомые встречаются примерно до тех
же высот, а заносимые восходящими воздушными течениями бактерии, споры, простейшие
и некоторые другие мелкие организмы регистрировались на высоте 10—15 км и даже выше
(описано нахождение бактерий на высоте 77 км, притом в жизнеспособном состоянии).
Если исключить единичные случаи «рекордных подъемов», верхней границей распространения жизни в атмосфере следует, видимо, считать высоты порядка 8—10 км; расположенная
выше часть атмосферы относится уже к парабиосфере (Н.Б. Вассоевич, 1976).
Будучи сосредоточена в относительно тонком слое над поверхностью Земли, жизнь в атмосфере не отличается вертикальной структурированностью потоков вещества и энергии,
формирующих биологический круговорот. Многообразие жизненных форм в наземной среде
более определяется зональными климатическими и ландшафтными факторами.
Климатическая зональность привлекала внимание экологов уже давно. В конце XIX в.
американский исследователь C.N. Merriam (1890, 1898) сформулировал понятие о зонах жизни
применительно к североамериканскому континенту. Фундаментальная разработка этой проблемы сделана В.В. Докучаевым (1892) и Л.С. Бергом (1913). Шарообразность Земли, ее
вращение и движение вокруг солнца определяют сезонную и широтную динамику интенсивности поступления солнечной энергии на различные участки земной поверхности. На этих
участках формируются сходные по условиям жизни географические пространства, в пределах
которых особенности климата, рельефа, вод, почвенного и растительного покрова образуют
целостный комплекс. Такие единые по физико-географическим условиям пространства обозначают как ландшафтно-климатические зоны. Крупнейшие из них — полярные пустыни,
тундры, леса умеренного климата (хвойные, лиственные), степи, саванны, пустыни, тропические леса.
Комплекс физико-географических и климатических факторов формирует наиболее фундаментальные условия жизни в каждой из зон и выступает как мощный фактор эволюционного становления морфофизиологических адаптаций растений и животных к жизни в эти условиях.
Циклы биогенного круговорота в своей основе также определяются условиями ландшафтно-климатических зон, хотя в целом круговорот веществ в наземной биоте. представляется
единым процессом. В его основе в наземной среде ярко выражена ведущая роль зеленых рас13
тений. Прозрачность атмосферы определяет то обстоятельство, что до поверхности планеты
доходит порядка 47 % падающего на внешнюю границу планеты потока солнечного света. Немногим менее половины его составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной
волны 380—710 нм.
Именно эта часть светового потока составляет энергетическую основу фотосинтеза —
процесса, в котором, с одной стороны, создается органическое вещество (главным образом, углеводы) из неорганических составляющих, а с другой — открывается возможное использования выделяемого кислорода для дыхания как самих растений, так и гетеротрофных аэробных
организмов. На этом основывается сама возможность биологического круговорота веществ, которая реализуется через сложные и разнообразные трофические связи в органическом мире.
Характерно, что фотосинтезирующие растения, включаемые обычно в группу наземных
организмов, лишь своими надземными частям относятся к этой среде. Корневая система их,
обеспечивающая организм водой и минеральными веществами, расположена в почве. Таким
образом, наземные растения представляют собой жизненную форму как бы пограничную
между обитателями атмосферы и литосферы.
Литосфера — это «каменная оболочка» Земли, верхняя часть земной коры. Рассматривая
литосферу как часть биосферы, обычно первую очередь имеют в виду ее поверхностную
часть, измельченную в процессе физического, химического и биологического выветриваю и
содержащую помимо минерального также и органическое вещество. Эта часть литосферы
представляет собой сложное биокосное тело, обладающее особыми свойствами и функциями,
и называемое почвой.. Поэтому нередко вместо термина «литосфера» употребляется понятие
педосфера (эдафосфера), означающее почвенную оболочку земной коры*.
* Вне педосферы жизнь связана с литосферой лишь в виде накипных лишайников и бактериальных пленок
на поверхности скал, да и в этих случаях, строго говоря, у них формируется слой первичной почвы.
Почва представляет собой довольно сложную полидисперсную трехфазную систему,
включающую твердую (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы. Соотношение этих трех составляющих определяет основные физические свойства почвы
как среды обитания живых организмов. Химические же свойства помимо минеральных почвенных элементов сильно зависят от органического вещества, также являющегося неотъемлемой составной частью почвы.
Состав и размеры минеральных частиц (твердая фаза) определяют механические свойства
почвы. По размерам твердые частицы в почве подразделяются на крупные (более 30 мм в диаметре) обломки материнских пород, гальку и хрящ (диаметр 30—3), гравий (3—1), песок
(1—0,25), пыль (0,25—0,01) и ил (частицы диаметром менее 0,01 мм). Соотношение этих кате-
14
горий частиц формирует механический (гранулометрический) состав почвы. По этому признаку различают почвы песчаные (содержат более 90 % песка), супесчаные (90—80), легкие, средние и тяжелые суглинки (соответственно 80—70, 70—55 и 55—40) и глины — легкие (40—30),
средние (30—20) и тяжелые (менее 20 % песка).
Отдельные минеральные частицы в составе почвы обычно склеиваются друг с другом, образуя более или менее крупные агрегации, пространство между которыми заполнено воздухом
(газообразная фаза) и водой (жидкая фаза). Соотношение разных по величине агрегаций минеральных частиц и соответственно размеры пространств между ними (степень пористости или
скважинности почвы) определяют структуру почвы: глыбистая, комковатая, ореховатая,
крупнозернистая, мелкозернистая, пылеватая и др. По степени пористости различают почвы
тонкопористые (диаметр пор менее 1 мм), пористые (1—3), губчатые (3—5), ноздреватые (имеются поры диаметром 5—10), ячеистые (более 10 мм), трубчатые (поры или полости соединяются в канальцы).
Механический состав и структура почв — ведущий фактор формирования их свойств как
среды обитания живых организмов: аэрации почв, их влажности и влагоемкости, теплоемкости и термического режима, а также условий передвижения в почве животных, распределения
корней древесных и травянистых растений и т. п. Некоторые животные и растения избирательно
поселяются на определенных типах почв. Таковы, например, псаммофильные растения и животные, обитающие только на песчаных почвах, петрофильные — на каменистых и др.
Минеральные частицы занимают 40—70 % общего объема почвы. Оставшееся пространство, представляющее собой систему пор, полостей и канальцев, занято воздухом и водой.
Вода (почвенная влага) может находиться в почве в трех состояниях гравитационном, капиллярном и прочносвязанном (гигроскопическом). Гравитационная вода заполняет относительно крупные (не обладающие свойством капиллярности) поры и полости в почве; она доступна для растений. Проникая в почву с поверхности суши, главным образом в результате атмосферных осадков, эта часть жидкой фазы представляет собой довольно сложный раствор,
обладающий различными свойствами в зависимости от состава растворенных веществ. Так
например, рН почвенного раствора может колебаться от 3—3,5 (сфагновые болота) до 10—11
(солонцы). От состава растворенных веществ зависит и роль почвенной влаги в водном режиме и питании растений. Если грунтовые воды залегают относительно неглубоко, ближайшая к
ним часть гравитационной влаги в силу подпора остается неподвижной (подпертая гравитационная влага). Не связанная с грунтовыми водами гравитационная влага находится в подвижном состоянии, перемещаясь под действием силы тяжести в вертикальном направлении.
Вода, заполняющая поры малого диаметра, оказывается под воздействием сил поверхностного натяжения капиллярного мениска «подсасывается» вверх на расстояние, обратно
15
пропорциональное диаметру капилляра. На этом механизме основано увлажнение почвы снизу (от горизонта подземных вод), а также потеря влаги почвой испарением ее с почвенной поверхности. Последний процесс при соответствующих условиях (в засушливое, жаркое время
года, особенно в степных, полупустынных и пустынных регионах) приводит к поднятию солевого горизонта. Эту часть почвенной влаги называют капиллярной; она образует влажный
горизонт почвы.
Молекула воды — диполь, поэтому в силу молекулярного притяжения молекулы легко
образуют пленки вокруг мелких минеральных и коллоидных частиц в почве. Такая пленка
толщиной 2—3 молекулы воды удерживается на поверхности частиц с большой силой, поэтому гигроскопическая (прочносвязанная) влага недоступна растениям. При засухе может возникать явление физиологической сухости почвы: влага в почве содержится, но только в гигроскопической, не извлекаемой растениями форме.
На фоне определенного типа структуры почвы различные формы влаги определяют конкретные водные свойства почвы: ее водоудерживающую способность, водопроницаемость и
водоподъемные свойств; Испаряясь, почвенная влага определяет почти 100 %-ную влажность
почвенного воздуха (кроме самых верхних горизонтов почвы).
Воздух заполняет поры и полости, свободные от воды. Воздух проникает в почву из атмосферы путем диффузии газов между атмосферой и поверхностными горизонтами почвы по
градиенту давления; фактически газообмен идет непрерывно. Поэтому в целом состав газообразной фазы почвы качественно близок к составу атмосферного воздуха, но отличается
более широкими колебаниями соотношения различных газов. Объясняется это прежде всего
тем, что кислород активно поглощается в почве в процессе дыхания живых организмов и разложения органических остатков, а СО2 активно продуцируется. В результате поверхностный
слой почвы выделяет значительное количество СО2 в атмосферу например в летний период до
3—10 л (6—20 г) на см2 в сутки. Как следствие, возникает вертикальный градиент О2 и СО2 в
почвенном воздухе.
Органическое вещество является обязательным компонентом почвы. Оно образуется в
результате разложения мертвых организмов, входит в состав экскретов. Часть органического
вещества формируется в самой почве, значительная часть его попадает в почву из наземных
экосистем. В лесной подстилке, степном «войлоке» (почвенный горизонт Ао) идет медленное
разложение растительных и животных остатков. Образующиеся растворимые вещества и мелкие органические частицы попадают в почву (горизонт А), где подвергаются интенсивным
процессам разложения с участием беспозвоночных животных, грибов и бактерий. Горизонт A1
(перегнойно-аккумулятивный) богат органическими веществами, которые постоянно вымы-
16
ваются вертикальными потоками влаги, но столь же постоянно пополняются поступлением
из наземной среды.
Состав органических веществ многообразен и включает компоненты, образующиеся на
разных стадиях разложения сложных углеводов, белков, жиров и других веществ. Почвенные
органические вещества содержат, в частности, лигнин, клетчатку, терпены (эфирные масла)
смолы, дубильные вещества и др. Часть молекул органических веществ (преимущественно ароматической природы) полимеризуется, что повышает их устойчивость к воздействию микроорганизмов-разрушителей. Так образуется гумус. Он формируется в горизонте A1 (поэтому этот
горизонт еще называют гумусовым), накапливается в почве и долго в ней сохраняется. Разложение его идет очень медленно с участием специфической почвенной микрофлоры. Определенную роль в создании гумуса играет и почвенная фауна. Так, черви Nicodrilus caliginosu обогащают почву аминокислотами, которые вовлекаются в образование гумуса. При высокой численности в богатых почвах они на порядок увеличивают величину потока азота в цепях редукции органических веществ (Б.Р. Стриганова, 1989).
Входящие в состав гумуса фульвокислоты активно разлагают минеральные вещества,
способствуя процессу почвообразования. Гуминовые кислоты участвуют в создании пористой
структуры почвы, что улучшает водные и воздушные ее свойства и режим питания растений.
Богатство органических веществ и высокое содержание кислорода в подстилке и верхнем
(Ai) горизонте почвы приводят к обилию жизни в этих слоях, в том числе здесь формируется
богатый комплекс животных. Этот комплекс включает сапрофагов, первичных и вторичных
редуцентов, активно участвующих в процессах разложения органических остатков и в образовании гумуса. Вертикальные потоки влаги определяют вымывание органических веществ, поэтому нижняя часть горизонта А (А2 — элювиальный) представляет собой горизонт вымывания, обедненный органическим веществом. Вымываемые вещества переносятся в иллювиальный горизонт (горизонт В), под которым лежит уже материнская порода (горизонт С). На
стыке горизонтов В и С направление движения влаги сменяется на горизонтальное. При
этом часть веществ выносится далее с почвенным стоком и попадает в текучие водоемы, а
часть накапливается в горизонте В, где сообщества животных обеднены в силу малого содержания кислорода.
Таким образом, в почве, как и в гидросфере, имеет место вертикальная структурированность трофических процессов, связанных с биологическим круговоротом веществ.
Вертикальный градиент характерен также для ряда других параметров, определяющих
условия жизни почвенных организмов: свет, влажность, состав газовой среды, температура и
др. В целом почва в некотором отдалении от поверхности отличается довольно устойчивыми
условиями жизни.
17
Как среда жизни почва занимает как бы промежуточное положение между атмосферой и
гидросферой: она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов, дышащих как по водному, так и по воздушному типу, имеет место вертикальный градиент проникновения света, еще более резкий, чем в гидросфере. Все это определяет распространение
жизни в почве: если микроорганизмы встречаются по всей ее толщине (обычно несколько
метров), то растения связаны лишь с наружными горизонтами (и то в основном только корневой системой, распространенной у некоторых деревьев до 8—10 м). Беспозвоночные животные обитают главным образом в верхних горизонтах почвы. Норы и ходы грызунов, некоторых
насекомых и червей проникают в почву на глубину обычно не более 5—7 м. Этим практически
ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли — литосфере. Нахождение
рыб в подземных водоемах, расположенных на глубине около 100 м, а также бактерий в водах,
сопровождающих залежи нефти на глубине до 3 км, лишь формально «отодвигает» границу
распространения жизни в литосфере, так как в обоих случаях речь идет о своеобразных участках гидросферы
1.3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВЯЗИ В БИОСФЕРЕ
Три составные части биосферы — гидросфера, атмосфера и литосфера — тесно связаны
друг с другом, составляя вместе единую функциональную систему. Так, почва многими своими функциями объединена с гидросферой и атмосферой. С гидросферой ее связывает постоянный вынос почвенных вод в водоемы разных типов. При этом именно на уровне почвы поверхностные воды трансформируются в грунтовые, которые участвуют в формировании речного стока. Переносимые с водой почвенные соединения участвуют в формировании биопродуктивности водоемов. Сорбционные свойства почвы образуют как бы «барьер», защищающий
водоемы от загрязнений.
Поглощая и отражая солнечную радиацию, почва выступает как мощный фактор энергетического баланса биосферы и связывается с атмосферными процессами. В частности, почвенные процессы участвуют в регулировании влагооборота атмосферы и ее газового режима.
Установлено, что в северном полушарии (наблюдения в США) максимум содержания СО2 в
атмосфере наблюдается в мае, затем снижается за счет поглощения СО2 при фотосинтезе и
вновь возрастает зимой за счет дыхания почвы, а в высоких широтах — в результате атмосферного переноса из тропиков (I. Fung et al., 1987).
С литосферой почва связана наиболее прямым путем: она возникла из верхних слоев литосферы и своей жизнедеятельностью способствует дальнейшему геохимическому преобразованию этих слоев. В то ж время почва служит источником вещества для образования минералов
горных пород, полезных ископаемых и способствует переносу аккумулированной солнечной
18
энергии в глубокие части литосферы. Все эти процессы можно рассматривать как глобальные
функции почвы (педосферы), имеющие общебиосферное значение (Г.В. Добровольский Е.Д.
Никитин, 1990). В наиболее общей форме на базе этих функций значение почвы в биосфере
можно определить как связующее звено биологического и геологического круговоротов.
Функциональная взаимосвязь составных частей биосферы включает и взаимодействия
процессов, происходящих в атмосфере и гидросфере. Это прежде всего круговорот воды: пополнение гидросферы за счет атмосферных осадков и возврат воды в атмосферу путем испарения с поверхности океана и других водоемов. Во-вторых, это энергетические связи как прямые — через тепловое излучение, так и опосредованные — через процессы фотосинтеза. Наконец, имеют место и химические связи: растворение в водах О2 и СО2. Последний процесс поддерживает систему динамического равновесия в водной среде по принципу:
Атмосфера
Океан
СО2
СО2 + Н2О
H2CO 3
HCO- з + Н+
+
СО 2- 3 + 2 Н+
Эта система имеет решающее значение в формировании условий жизни гидробионтов.
В целом функциональная взаимосвязь составных частей биосфер превращает ее в генеральную саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую устойчивый глобальный круговорот веществ. Особое положение в этой планетарной функции имеют многочисленные разнообразные живые организмы, сумму которых акад. В.И. Вернадский называл живым веществом.
Масса живого вещества в биосфер по некоторым подсчетам, составляет около 2400 млрд., что
соответствует всего лишь примерно 1/2100 массы атмосферы Земли. Общая толщина биосферы
— порядка 1/320 радиуса Земли (1/325 с учетом атмосферы) — характеризует ее как тонкую
пленку на поверхности планеты. Тем не менее именно биосфера превращает ее в уникалъное по
своим свойствам небесное тело.
Это объясняется высокой химической активностью живого вещества. Химические (биохимические) реакции, протекающие в живых организмах, осуществляются с участием мощных
биологических катализаторов — ферментов — и по скорости в тысячи раз превосходят реакции в неорганическом мире. Кроме того, участие ферментов сдвигает температурные и
иные условия реакций. Жиры и углеводы, например, окисляются в организмах при температуре
порядка 37°С и даже ниже, тогда как в абиотических условиях те же реакции требуют высокой
(порядка 400—500°С) температуры. Промышленный синтез аммиака из молекулярного азота
происходит при температуре 500 °С и давлении 300—350 атм.; микроорганизмы реализуют эту
реакцию при нормальных температуре и давлении. На ферментативных реакциях в живых организмах базируется глобальный биологический круговорот, о масштабах которого можно судить по темпам оборота О2 и СО2 в процессе фотосинтеза.
19
Высокая химическая активность живого вещества способствует также постоянному вовлечению в круговорот элементов, активно извлекаемых из горных пород. Подсчитано, что с 1
га африканских саванн только слоновая трава ежегодно извлекает 250 кг кремнезема; в джунглях за этот же срок растения вовлекают в круговорот 8 т кремнезема. В лабораторных опытах
плесневый грибок за неделю высвободил из базальта 3 % содержащегося в нем кремния, 11%
алюминия, 59% магния и 64 % железа. В биогенном разложении горных пород участвуют различные группы организмов от прокариот до высших растений.
При таких масштабах оборота веществ биологически значимые химические элементы постоянно проходят через глобальный круговорот с участием живых организмов. По некоторым
подсчетам, если принять, что биосфера существует не менее 3—4 млрд. лет, то вся вода Мирового океана прошла через биологический цикл не менее 300 раз, а свободный кислород атмосферы — не менее 1 млн. раз.
На высокой активности живого вещества основываются и регуляторные процессы в биосфере. Так, продукция кислорода поддерживает озоновый экран и, как следствие, относительное постоянство потока лучистой энергии, достигающего поверхности планеты. Постоянство
минерального состава океанических вод поддерживается деятельностью организмов, активно
извлекающих отдельные элементы, что уравновешивает их приток с поступающим в океан
речным стоком. Подобная регуляция осуществляется и во многих других процессах.
Высокая способность биосферы как целостной системы к саморегуляции лежит в основе гипотезы «Геи», согласно которой живой мир Земли рассматривают как единый сверхорганизм (J. Lovelock, 1986), неразрывно связанный с неживым окружением и постоянно поддерживающий выгодные условия собственного существования. Такая позиция упрощает
представление о сложных связях в биосфере. Несомненно, однако, что деятельность живых
организмов оказывает мощное обратное влияние на биосферу, изменяя состав и свойства
основных сред жизни.
1.4 СИСТЕМНОСТЬ ЖИЗНИ И СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА
Живое вещество—совокупность всех форм жизни в биосфере. Результаты интегрированной активности различных живых организмов проявляются не только в виде их приспособленности к обитанию в условиях определенной среды, но и в обратном воздействии на среду,
изменяющем ее ведущие характеристики. В основе этого лежит процесс обмена веществ как
специфическое свойство жизни.
Современные свойства составных частей биосферы как сред жизни в сильной степени
определены влиянием совокупной жизнедеятельности обитающих в них организмов. Накапливаясь на протяжении геологической истории нашей планеты, это влияние коренным обра20
зом изменило исходные химические и физические свойства среды в сторону, благоприятную
для устойчивого существования жизни.
Уже говорилось, что происхождение и свойства почвы целиком обусловлены деятельностью живых организмов. Только они производят и разлагают органическое вещество, без которого как угодно измельченные горные породы не обладают специфическими свойствами
почвы, в том числе плодородием. Деятельность микроорганизмов, растений и животных формирует структуру почв, их химизм, способствует процессу дальнейшего почвообразования.
В водной среде ярко выражено влияние живых организмов на химический состав воды.
Различные группы организмов постоянно выводят в водную среду продукты метаболизма, в
том числе ионы солей, органические кислоты, азотистые вещества, сероводород и др. Растения —обитатели эуфотической зоны —выделяют кислород, который частично остается в растворенном состоянии. Животные-фильтраторы, масса которых очень велика, непрерывно
пропускают через свои организмы огромные количества воды, изымая из нее взвешенные органические частицы и растворенные соли. Подсчитано, что фильтраторы Большого Барьерного
рифа (Австралия) в течение 5 лет профильтровывают весь объем Тихого океана. Масштабы
водообмена создаваемого фильтраторами, нередко превосходят естественные гидрологические процессы. Так, коэффициент водообмена Днепровско-Бугского лимана — 1,8, а населяющие его моллюски в течение теплого сезона профильтровывают воду лимана 5 раз! На примере мидиевых отмелей Белого моря показано, что фильтрационная деятельность этих моллюсков активно регулирует коллоидный состав прибрежных вод и осадконакопление в
пределах материковой отмели, а также в значительной степени определяет циркуляцию
вод в прибрежной зоне (К.А. Воскресенский, 1948).
Характерная для многих гидробионтов избирательность извлечения определенных веществ
из среды, а также способность накапливать их в организме ведут не только к изменению химизма среды, но и к формированию специфических особенностей рельефа и свойств морского
дна (например, образование коралловых рифов, атоллов, органогенных илов и др.). Рельеф дна
формируется и под воздействием крупных животных: показано, например, что в северовосточной части Берингова моря тихоокеанские моржи и серые киты, питаясь бентосом, создают на дне ямы и желоба в таком количестве и таких размеров, что по своему влиянию на
рельеф они могут быть сравнены с геологическими процессами. Подсчитано, что, питаясь
на глубине 30—50 м, серые киты «перерабатывают» до 5,6 % площади района нагула (С. Nelson, К. Johnson, 1987).
Многим животным свойственно накопление определенных солей, которые аккумулируются в составе скелетных образований (Са, Si, Mg, Р и др.). Отмирая, эти организмы образуют
мощные отложения известняков, доломитов, кремнезема и др., формируя таким образом гео21
логическую структуру морского дна. Возникновение органогенных донных осадков выводит
результаты деятельности жизни за пределы функционирующих экосистем: фактически напластования осадочных пород относятся уже к литосфере и не включаются в постоянный биологический круговорот, но своим происхождением полностью с ним связаны. В результате если
жизнь в активной форме проникает в литосферу относительно неглубоко, то порожденные ею
слои осадочных пород имеют мощность порядка нескольких десятков километров (В.И. Вернадский, 1965). Эту часть литофсеры некоторые ученые называют метабиосферой (Н.Б. Вассоевич, 1976). Она создана биосферой и непосредственно к ней примыкает, подобно тому как
парабиосфера продолжает биосферу в газовой оболочке Земли.
Отложения органогенных пород не только формировали рельеф дна и химизм воды.
Оказываясь в ходе геологических процессов на суше, они составили геологическую основу
многих ее областей, участвовали в становлении рельефа континентов и в образовании различных типов почв. Более того, вторичная метаморфизация осадочных пород при высоких температуре и давлении может образовывать кристаллические породы, которые обычно не рассматривают как органогенные. Таким образом, результаты жизнедеятельности водных организмов
мы видим и в современных свойствах наземной среды.
Современный газовый состав атмосферы практически целиком определяется деятельностью живых организмов, главным образом через фотосинтез и дыхание. История
формирования современной атмосферы достаточно сложна. Свободный молекулярный
кислород выделялся и в добиологический период истории Земли. Его источником был процесс фотодиссоциации паров воды. Но накопления кислорода в атмосфере в это время не происходило; он немедленно вступал в соединение с оксидом углерода вулканических газов и с
другими веществами, а частично создавал в верхних частях атмосферы озоновый слой, который
препятствовал дальнейшему нарастанию фотолиза паров. Не исключено, что и с появлением
первых фотосинтезирующих
организмов (по-видимому сходных с современными циа-
нобактериями), обитавших в водоемах докембрийского периода, сохранялся тот же механизм регуляции содержания кислорода в атмосфере, а полученный в результате фотосинтеза
кислород полностью растворялся в воде. Во всяком случае, в период до начала палеозоя
накопление кислорода в атмосфере шло медленно и не превышало 10 % современного уровня.
Только с появлением наземной растительности начинается заметное повышение уровня
кислорода в атмосфере; одновременно слой озона и накопление в верхних частях атмосферы CO2 и паров воды постепенно экранировали коротко-волновую часть солнечного излучения и устранили возможность дальнейшего образования кислорода путем фотолиза воды.
Диоксид углерода (CO2) на ранних этапах развития Земли имел исключительно вулканическое происхождение, и содержание его в атмосфере было выше современного. В настоящее
22
время большая часть СО2 атмосферы имеет биологическое происхождение: он выделяется
главным образом в процессе дыхания живых организмов. Показано, например, что на 1 га
пшеничного поля в сутки продуцируется 135 кг СО2, в том числе 75 кг микроорганизмами и 60
кг корнями пшеницы. Вулканический СО2 составляет лишь сотые доли процента; однако постоянное поступление в атмосферу абиогенного диоксида углерода некоторые ученые считают
необходимым в качестве «компенсации» высокого уровня потребления его в биологических
процессах.
В целом же современное соотношение кислорода и диоксида углерода в атмосфере
практически целиком зависит от сбалансированной функции живого населения биосферы. В.И.
Вернадский (1967) считал, что то же относится и к свободному азоту атмосферы, который также интенсивно вовлекается в биогенный круговорот. «Будет правильным заключить..— писал
он,— что газовая оболочка... есть создание жизни».
Современные свойства газовой оболочки имеют существенное значение в тепловом балансе Земли. Большая часть солнечной энергии достигает поверхности Земли в видимой части
спектра. Земля отражает полученную энергию, но (как более холодное тело) главным образом
в инфракрасной (длинноволновой) части спектра. Инфракрасное излучение Земли экранируется парами воды, СО2 и озоном. Это предохраняет поверхность Земли от чрезмерной потери
тепла излучением и способствует повышению температуры на поверхности планеты. Подсчитано, что без этого «парникового эффекта» температура в околоземном слое была бы примерно на 40 °С ниже, чем регистрируемая сейчас. Естественно, такая температурная ситуация
не способствовала бы развитию жизни — по крайней мере в тех формах, в каких она известна
на Земле.
Происходящее в наши дни постепенное увеличение СО2 в атмосфере, связанное с промышленными выбросами, может быть причиной нарастания «парникового эффекта» и потепления климата. В то же время наблюдающееся сейчас частичное разрушение озонового экрана
может в известной мере скомпенсировать этот эффект за счет увеличения потерь тепла с поверхности Земли. Одновременно увеличится поток коротковолнового ультрафиолетового излучения, что опасно для многих живых организмов. Как видим, антропогенное «вмешательство» в
структуру атмосферы чревато непредсказуемыми и нежелательными последствиями.
На уровне конкретных экосистем формируются важные детали климата. Известна роль
растительности в создании режима температуры и влажности. Транспирация помимо этого
прямо связана с образованием осадков: подсчитано, что в Германии количество осадков увеличивается за счет транспирации на 6 %, а в Конго — даже на 30 %. Растительность влияет также
на ветровой режим, условия залегания снежного покрова и другие важные климатические параметры. В общем, на фоне фундаментальных географических особенностей климата, опреде23
ляемых астрономическими факторами, рельеф и тип растительности образуют особенности
мезо- и микроклимата, имеющие большое значение в формировании сложных многовидовых
сообществ живых организмов. В континентальных водоемах аналогичный эффект достигается
влиянием растительности на скорость течения, температурный режим и химизм водоема.
Таким образом, совокупная деятельность всех форм жизни активно преобразует свойства
основных сред жизни, соответствующих газовой, каменной и жидкой геологическим оболочкам
земного шара. Равным образом и общие свойства биосферы в целом оказываются в значительной степени созданными живым веществом и благоприятствующими его развитию и
функционированию. По меткому выражению В.И. Вернадского «живое вещество само создает
себе область жизни».
Высокая химическая активность живых организмов придает процессу средообразования
темпы, не сравнимые с процессами, происходящими в неживой природе. Известно, что
геологические преобразования Земли заняли миллиарды лет. Биогеохимические циклы укладываются в тысячи лет и даже меньше. За время существования жизни элементы, вовлеченные в
биологический круговорот, проходил через экосистемы многократно. Подсчитано, что обновление живого вещества в биосфере происходит всего за 8 лет. Это средняя цифра на суше
этот процесс идет медленнее: вся фитомасса обновляется за 14 лет. Зато в океане вся биомасса проходит круговорот всего за 33 дня, а фитомасса — даже за 1 сутки! Быстрыми темпами
происходит и вовлечение в биологический круговорот неорганических веществ вся вода гидросферы полностью обновляется за 2800 лет, весь кислород атмосферы — за несколько тысяч
лет, а атмосферный диоксид углерода — за 300 лет.
1.5. БИОСФЕРА КАК ЦЕЛОСТНАЯ СИСТЕМА
Несмотря на специфичность и самостоятельность отдельных оболочек Земли как составляющих биосферы, суммарная деятельность населяющих эти оболочки живых организмов интегрируется на уровне биосферы как целостной функциональной системы. Выше уже показана связь гидросферы, атмосферы и почвы. На границах сред жизни регистрируются интенсивные процессы обмена органическим веществом, водой, минеральными солями и т. д. Природные границы можно рассматривать как биологически активные зоны: здесь часто обитает
больше видов, через эти границы трансформируются большие потоки энергии. Важную роль в
обмене веществ между атмосферой, почвой и гидросферой играет речной сток. Прибрежные
мелководья море получают огромное количество органических веществ от обитающих на суше или скапливающихся на пролете птиц. В устьях рек и в региона мангровых зарослей обитает
почти 2/3 видов промысловых рыб.
Формы функциональных связей наземного и водного биоциклов весьма многообразны; по
существу, лишь на уровне биосферы в целом можно судить о сложной системе обмена ве24
ществ и потоков энергии между неживой и живой материей. Биосфера как функциональна
экосистема планетарного масштаба в значительной степени есть результат этих процессов.
Важная функция биосферы — устойчивое поддержание жизни - основывается на непрерывном круговороте веществ, связанном направленными потоками энергии. Хотя биологический круговороте может быть осуществлен не только на уровне биоциклов, но и конкретных
экосистем, в реальных условиях обособленных круговороте нет: на уровне биосферы эти процессы объединяются в единую систем глобальной функции живого вещества. В этой системе
не только полностью завершаются отдельные биогенные циклы, но и реализуется тесная взаимосвязь с абиотическими процессами формирования и переформирования горных пород, становления и поддержания специфических свойств гидросферы и атмосферы, образования почв
и поддержания их плодородия и т. п. В этом едином цикле функции живого вещества существенно шире, нежели осуществление круговорота отдельных элементов.
Живые организмы и надорганизменные системы активно участвуют в формировании особенностей климата, типов почв, вариантов ландшафта, характера циркуляции вод и во многих других процессах, на первый взгляд не относящихся к категории биогенных. В конечном
итоге многообразные формы жизни в их глобальной взаимосвязи определяют уникальные
свойства биосферы как самоподдерживающейся системы, гомеостаз которой запрограммирован на всех уровнях организации живой материи. Теснейшая функциональная связь биологических систем разных уровней превращает дискретные формы жизни в интегрированную
глобальную систему — биосферу (И.А. Шилов, 1988; В.Е. Соколов, И.А. Шилов, 1989).
Биосфера, по В.И. Вернадскому, как целостная система обладает определенной организованностью, механизмами самоподдержания (гомеостазирования). Это выражается в регуляции постоянства газового состава атмосферы (а через озоновый экран — и физических условий
на поверхности Земли), устойчивого состава и концентрации солей Мирового океана, несмотря
на постоянный приток их с суши и т. д.
Основа таких механизмов заложена в процессах биологической природы: фотосинтез,
дыхание, регуляция водного и солевого обмена организмов и др. «Живое вещество,—писал
В.И. Вернадский в «Очерках геохимии»,—... становится регулятором действенной энергии
биосферы... Весь поверхностный слой планеты становится таким образом через посредство
живого вещества полем проявления кинетической и химической энергии». В обобщающем виде
В.И. Вернадский говорил о биосфере, как «...сложном, но вполне упорядоченном механизме».
В современном выражении это можно трактовать как представление о гомеостатических
реакциях на уровне биосферы. Прав А.В. Лапо (1987), выражая идеи В.И. Вернадского следующим образом: «На языке современной науки биосферу называют саморегулируемой кибернетической системой, обладающей свойством гомеостаза».
25
Механизмы гомеостазирования остались вне интересов В.И. Вернадского. В своей геохимической концепции для него было важно отметить роль совокупности живых организмов
как целого (отсюда термин «живое вещество), преобразования их химического состава и связанные с этим перемещения молекул в глобальном круговороте, затрат энергии на жизненные
процессы и т. д. Однако, когда речь идет о механизмах биологической регуляции в биосфере,
обобщенное понятие живого вещества становится уже недостаточным. Регуляторная функция чувствительна к конкретным формам живых организмов и механизмов их взаимодействия. При решающей роли биологических процессов в биосфере и механизмы поддержания
целостности ее представляют собой явление, в первую очередь биологическое. В наиболее
общей форме можно считать, что эти механизмы основываются на таких фундаментальных
свойствах жизни, как ее разнокачественность (разнообразие) и системность. Именно на этих
свойствах основывается и глобальная функция жизни в биосфере — поддержание биогенного
круговорота веществ.
1.6. Разнокачественность форм жизни и биогенный круговорот
Специфическое свойство жизни — обмен веществ со средой. Любой организм должен получать из внешней среды определенные вещества как источники энергии и материал для построения собственного тела. Продукты метаболизма, уже непригодные для дальнейшего использования, выводятся наружу. Таким образом, каждый организм или множество одинаковых организмов (популяция, вид) в процессе своей жизнедеятельности ухудшают условия
своего обитания. Возможность обратного процесса — поддержания жизненных условий или
даже их улучшения, — о чем говорилось выше, определяется тем, что биосферу населяют разные организмы (виды) с разным типом обмена веществ.
Физиологическая разнокачественность живых организмов представляет собой фундаментальное условие устойчивого существования жизни как планетарного явления. Теоретически
можно представить возникновение жизни в одной форме, но в этом случае запрограммирована конечность жизни как явления: видоспецифичность обмена веществ неизбежно ведет
к исчерпанию ресурсов и «загрязнению» среды продуктами жизнедеятельности, которые невозможно использовать вторично.
Устойчивое существование жизни возможно лишь при многообразии, разнокачественности ее форм, специфика обмена которых обеспечивает последовательное использование выделяемых в среду продуктов метаболизма, формирующее генеральный биогенный круговорот
веществ. Это отмечал еще В.И. Вернадский: «Геохимика может интересовать только проблема
создания комплекса жизни в биосфере, т. е. создание биосферы» (В.И. Вернадский, 1967).
26
В простейшем виде такой комплементарный набор качественных форм жизни представлен продуцентами, консументами и редуцентами, совместная деятельность которых обеспечивает извлечение определенных веществ из внешней среды, их трансформацию на разных уровнях трофических цепей и минерализацию органического вещества до составляющих, доступных для очередного включения в круговорот.(Основные элементы, мигрирующие по цепям
биологического круговорота,— углерод, водород, кислород, азот, калий, кальций, кремний,
фосфор и др.).
1. 7. Уровни организации живой природы
Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на
ряд уровней. Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни:
1. Молекулярный. На этом уровне проявляются такие процессы жизнедеятельности, как обмен веществ и превращение энергии, пере дача наследственной информации.
2. Клеточный. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.
3. Тканевой. Ткань - совокупность структурно сходных клеток, а также связанных
с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций.
4. Органный. Орган — часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.
5. Организменный. Организм — реальный носитель жизни, характеризующийся
всеми ее признаками.
6. Популяционно-видовой. Популяция - совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих пространство с относительно однородными условиями обитания. Вид — совокупность популяций, особи которых способны к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимают определенную область географического пространства (ареал).
6. Биоценотический. Биоценоз - совокупность организмов разных видов различной сложности организации, обитающих на определенной территории. Если при этом
учитываются и абиотические факторы среды обитания, то говорят о биогеоценозе.
7. Биосферный. Биосфера — оболочка Земли, структура и свойства которой в той
или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Необходимо отметить что биосферный уровень организации живой материи часто не выделяют, поскольку биосфера представляет собой биокосную систему, включающую не только живое вещество, но и неживое.
27
На рис.1 представлена схема иерархической организации природных систем и показано, что предметом изучения экологии являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.
1.8 Гомеостаз как главный принцип системной организации
Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять
стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов - от морфологически самых простых до наиболее сложных - выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели - сохранению постоянства внутренней среды.
Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает оптимальные
условия для жизни и размножения организмов, была высказана в 1857 г. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его научной деятельности Клода Бернара поражала способность организмов регулировать и поддерживать в достаточно узких границах такие физиологические параметры, как температура тела или содержание в нем воды. Это представление о саморегуляции как основе физиологической стабильности он резюмировал в виде
ставшего классическим утверждения: «Постоянство внутренней среды является обязательным
условием свободной жизни». Клод Бернар постоянно подчеркивал различие между внешней
средой, в которой живут организмы, и внутренней средой, в которой находятся их отдельные
клетки (у млекопитающих это тканевая, или интерстициальная, жидкость).
Вселенная
Галактика
Супермакромир, или космос
(очень большой)
Солнечная система
Земля
Биосфера
Экосистемы
Сообщества
Популяции
Макромир (обычный)
Область
экологии
Организмы
Органы
Ткани
Клетки
Микромир
(очень маленький)
Молекулы
Атомы
Элементарные частицы
28
Рис. 1. Иерархия природных систем (по А.А. Горелову, 2002)
*
В настоящее время часто выделяют единый «онтогенетический» уровень, включающий клеточный, тканевой
и органный уровни организации.
Так, например, млекопитающие способны поддерживать температуру тела, несмотря на
колебания окружающей температуры. Если становится слишком холодно, животное может переместиться в более теплое или более защищенное место, а если это невозможно, вступают в
действие механизмы саморегуляции, которые повышают температуру тела и препятствуют
теплоотдаче.
Адаптивное значение этого заключается в том, что организм как целое функционирует
более эффективно, так как клетки, из которых он состоит, находятся в оптимальных условиях.
Системы саморегуляции действуют не только на уровне организма, но и на уровне клеток.
Организм является суммой составляющих его клеток, и оптимальное функционирование организма как целого зависит от оптимального функционирования образующих его частей.
В 1932 г. американский физиолог Уолтер Кэннон ввел термин гомеостаз (от греч. Homoios - тот же; stasis-стояние) для определения механизмов, поддерживающих, выражаясь
словами Клода Бернара, «постоянство внутренней среды». Функция гомео-статических механизмов состоит в том, что они поддерживают стабильность клеточного окружения и тем
самым обеспечивают независимость организма от внешней среды в той мере, в какой эти
механизмы эффективны. Независимость от условий окружающей среды является показателем
жизненного успеха, и на этом основании млекопитающих следует рассматривать как преуспевающий класс: они способны поддерживать относительно постоянный уровень активности, несмотря на колебания внешних условий.
Для того чтобы обеспечить более или менее стабильную активность организма, необходима регуляция на всех уровнях - от молекулярного до популяционного. Это требует использования различных биохимических, физиологических и поведенческих механизмов,
наиболее соответствующих уровню сложности и образу жизни данного вида, и во всех этих
отношениях млекопитающие, очевидно, лучше вооружены, чем простейшие.
Как показывают исследования, существующие у живых организмов способы регуляции
имеют много общих черт с регулирующими устройствами в неживых системах, таких как
машины. И в том и в другом случае стабильность достигается благодаря определенной форме управления. Винер в 1948 г. дал науке об управлении название кибернетики (от греч. Cybernos - рулевой). Кибернетика занимается, в частности, общими закономерностями регулирования в живых и неживых системах. Физиологи, изучающие растения и животных, часто ис29
пользуют точные математические модели теории управления для объяснения механизмов
действия биологических регуляторных систем.
Тема 2
Среда и условия существования организмов (особей )
Классификация организмов по типу питания. Метаболические процессы в живых организмах. Среды обитания
и их общая характеристика. Экологические факторы и их классификация. Адаптации организмов к условиям
среды. Основные закономерности действия экологических факторов. Свет как экологический фактор. Температура как экологический фактор. Вода как экологический фактор. Рельеф как экологический фактор. Почвенно – грунтовые (эдафические) экологические факторы. Организм как среда жизни.
2.1 Классификация живых организмов по типу питания
Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии из вне. Процесс потребления
вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия – для осуществления процессов жизнедеятельности. По источнику энергии живые организмы делятся на фототрофов и хемотрофов. Фототрофы
используют световую энергию (энергию солнечного излучения).
зуют
Хемотрофы исполь-
химическую (энергию связей химических соединений), которая выделяется при
окислении химических соединений.
По источнику углерода живые организмы делятся на автотрофов и гетерофов. Автотрофы используют неорганический источник (диоксид углерода). Гетеротрофы используют органические источники углерода (органические вещества).
По типу окисляемого субстрата живые организмы делятся на литотрофов и органотрофов. Литотрофы окисляют неорганические соединения (Н20, H2S, S, Н2 и др.). Органотрофы окисляют органические соединения. Комбинации этих классификаций формирует разные группы живых организмов (табл. 1 и 2). С экологических позиций наиболее
важно охарактеризовать следующие группы организмов.
Автотрофы (автотрофные организмы) — организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических — углекислого
газа, воды, минеральных солей.
В зависимости от источника энергии автотрофы делятся на фототрофов и хемоавтотрофов.
Фототрофы — организмы, использующие для биосинтеза световую энергию (растения, цианобактерии). Хемотрофы — организмы, использующие для биосинтеза энер30
гию их реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.).
Таблица 1
Классификация организмов по источнику энергии и источнику углерода
Тип организмов
Источник энергии
Источник углерода
Примеры
Фотоавтотрофы
Свет
Диоксид углерода
Растения, зеленые бактерии, цианобактерии
Фотогетеротрофы
Свет
Органические соединения
Некоторые пурпурные
бактерии
Хемоавтотрофы
Хемогетеротрофы
Реакция окисления
Реакция окисления
Диоксид углерода
Органические соединения
Хемосинтезирующие
бактерии
Животны, грибы, большинство бактерий
Таблица 2
Классификация организмов по источнику энергии и типу окисляемого субстрата
Тип организмов
Источник
энергии
Тип окисляемого
Субстрата
Фотолитотрофы
Свет
Неорганические соединения(Н2О, H2S, S)
Фотоорганотрофы
Свет
Хемолитотрофы
Хемоорганотрофы
Реакция окисления
Реакция окисления
Примеры
Растения, зеленые бактерии, цианобактерии
Некоторые пурпурные
Органические соединения
бактерии
Неорганические соединения Хемосинтезирующие бак(Н2, S, H2S, NH3, Fe2+)
терии
Животные, грибы, больОрганические соединения
шинство бактерий
Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) — организмы, использующие в качестве
источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий).
По способу получения пищи гетеротрофы делятся на фаготрофов (голозоев) и
осмотрофов.
Фаготрофы (голозои) заглатывают твердые куски пищи (животные), осмотрофы
поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).
По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов.
Биотрофы питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными) и фитофаги (питаются растениями), в том числе паразиты. Сапротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты)
животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротроф31
ные растения (сапрофиты), сапротрофные животные (сапрофаги). Среди них встречаются
детритофаги (питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), копрофаги
(питаются экскрементами) и др.
Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и автотрофному, и к гетеротрофному питанию. Организмы со смешенным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы — организмы, которые могут, как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).
2.2. Метаболические процессы в живых организмах
Совокупность всех химических реакций протекающих в живом организме называется
метаболизмом. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.
Катаболизм (энергетический обмен, диссимиляция) — совокупность реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа,
воды, аммиака и др. веществ). Катаболические реакции идут обычно с высвобождением
энергии.
Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция) — понятие, противоположное катаболизму — совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного
синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.
Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в
ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают
лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.
Энергетический обмен. По отношению к свободному киcлopoду организмы делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные формы.
Аэробы (облигатные аэробы) — организмы, способные живут только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).
Анаэробы (облигатные анаэробы) - организмы, неспособны жить в кислородной
среде (некоторые бактерии).
32
Факультативные формы
(факультативные анаэробы) организмы, способные
жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).
У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода кат аболизм протекает в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм
протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате обр азуются промежуточные органические соединения еще богатые энергией.
Этапы катаболизма:
Первый этап - подготовительный - заключается в ферментативном расщеплении
сложных органических соединений на более простые. Белки расщепляются до аминоки слот, жиры до глицерина и жирных кислот, полисахариды до моносахаридов, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. У многоклеточных организмов это происходит в же лудочно-кишечном тракте, у одноклеточных - в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты.
Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению,
либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.
Второй этап - неполное окисление (бескислородный) - заключается в дальнейшем
расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия
кислорода. Бескислородное, неполное окисление глюкозы называется гликолизом. В результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом синтезируются две молекулы АТФ.
Далее при отсутствии вереде кислорода ПВК перерабатывается либо в этиловый спирт - спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода), либо в молочную кислоту - молочнокислое брожение (в клетках животных при
недостатке кислорода).
При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее
расщепление до конечных продуктов, т.е. включаются в третий этап.
Третий этап — полное окисление (дыхание) — заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях, при обязательном участии кислорода. Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:
С6Н12О6 + 6О2 + 38Н3РО4 + 38АДФ -> 6СО2 + 44 Н2О + 38 АТФ
Таким образом, в ходе гликолиза образуются 2 молекулы АТФ, в ходе клеточного
дыхания — еще 36 АТФ, в целом при полном окислении глюкозы — 38 АТФ.
33
Пластический обмен. Гетеротрофные организмы строят собственные органические
вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по
существу, к перестройке молекул: органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы)
— простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахар иды)-макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза, происходит образование простых органических соединений, из
которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы: неорганические вещества (СО 2, и
Н2О) — простые органические молекулы(аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды)—макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Рассмотрим наиболее важные с точки зрения экологии метаболические процессы
пластического обмена — фотосинтез и хемосинтез.
Фотосинтез (фотоавтотрофия) — синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:
6СО2 + 6Н2О + ―> С6Н12О6 + 6О2
Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих
уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической
связи в виде АТФ. Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой. В
процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры
других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким
образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
Хемосинтез (хемоавтотрофия) — процесс синтеза органически соединений из неорганических (СО2 и др.) за счет химической энергии окисления неорганических веществ
(серы, водорода, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.).
К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии нитрифицирующие,
водородные, железобактерии, серобактерии и др. Они окисляют соединения азота, железа,
серы и других элементов. Все хемосинтетики являются облигатными аэробами, так как
используют кислород воздуха.
Нитрифицирующие бактерии окисляют соединения азота:
N-3H3 → (N+302 ) → (N+503 ).
Железобактерии превращают закисное железо в окисное:
Fe+2 → Fe+3.
Серобактерии окисляют соединения серы:
34
H2S – 2
―> S0 ―> (S+4 О3 )2- ―> (S+6 О4)2- .
Водородные бактерии окисляют свободный водород до воды:
Н2О + Н2+1О.
Высвобождающаяся в ходе реакций окисления энергия запасается бактериями в
виде молекул АТФ и используется для синтеза органических соединений. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве минеральных веществ, повышают плодородие почвы.
2.3. Среды обитания и их общая характеристика
Среда обитания — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. На нашей планете живые организмы освоили 4
среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (табл.3).
Водная среда была первой. Затем живые организмы освоили наземно-воздушную среду,
создали и заселили почву. Под почвенной средой обитания подразумевают не только
собственно почву, но и горные породы поверхностной части литосферы. Организменную
среду освоили паразиты и симбионты.
Таблица 3
Среда
Водная
Почвенная
Наземновоздушная
Характеристика
Адаптации организма к среде
Самая древняя. Освещенность убывает
с глубиной. При погружении на каждые
10 м давление возрастает на 1 атмосферу.
Обтекаемая форма тела, плавучесть, слиДефицит кислорода. Степень солености
зистые покровы, развитие воздухоносных
возрастает при переходе от пресных вод
полостей, осморегуляции
к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени
Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной
средой. Дефицит или полное отсутствие
света. Высокая плотность. Четырехфазная
(фазы: твердая, жидкая, газообразная,
живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени
условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более
динамичны, чем в водной и организменной
Форма тела вальковатая, слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие
размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах
Выработка опорного скелета, механизмов
Разреженная. Обилие света и кислорода.
регуляции гидротермического режима.
Гетерогенная в пространстве. Очень диОсвобождение полового процесса от
намичная во времени
жидкой среды
35
Коадаптация паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, выработка у параОчень древняя. Жидкая (кровь, лимфа)
зита защиты от переваривания хозяином и
или твердая, плотная (ткани). Наибольшее
Организменная
системы заякоривания в среде, усиление попостоянство среды во времени из всех
лового размножения, редукция зрения, писред обитания
щеварительной системы, синхронизация
биоритмов.
2.4. Экологические факторы и их классификация
Экологические факторы — это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитание отличается особенностями воздействия экологических факторов. Экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы — компоненты неживой природы. К ним относят: климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.), геологические (землетрясения,
извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.), орографические (рельеф местности), эдафические, или почвенно-грунтовые (плотность, структура,
рН, гранулометрический состав, химический состав и др.), гидрологические (вода, течение, соленость, давление и др.). Иначе абиотические факторы делят на физические, химические и эдафические. Некоторые авторы выделяют эдафические (почвенные) факторы в
отдельную группу на основании того, что почва является биокосным телом, где затруднительно
и некорректно рассматривать абиотические и биотические факторы раздельно.
Биотические факторы — воздействие живых организмов друг на друга (взаимодействие между особями в популяциях и между популяциями в сообществах). При этом
взаимоотношения могут быть внутривидовыми (взаимодействия между особями одного
вида) v межвидовыми (между особями разных видов). По типу взаимодействия различают протокооперацию (симбиоз), мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренции, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм. В зависимости
от воздействующей: организма биотические факторы делят на фитогенные (влияние растений), зоогенные (животных) и микробогенные (микроорганизмов).
Антропогенные факторы — деятельность человека, приводящая либо к прямому
воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.). При этом различается воздействие
человека как биологического организма и его хозяйственная деятельность (техногенные
факторы).
Экологические факторы могут оказывать на организм прямое действие и косвенное.
Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например,
36
высокая температура может вызвать ожог (прямое действие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).
Разные экологические факторы обладают различной изменчивостью в пространстве
и во времени. Одни из них относительно постоянны (например, сила тяготения, солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (например, температура и влажность воздуха, сила ветра). Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими.
Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение
температуры воздуха и освещенности в течение суток или года). Непериодические факторы не имеют периодичности (например, извержение вулкана, нападение хищника). Периодические факторы делят на первичные и вторичные. Первичные периодические факторы связаны с космическими причинами (освещенность, приливы, отливы и др.). Вторичные периодические факторы возникают как следствие действия первичных факторов
(температура, количество осадков, биомасса, продуктивность и др.).
Экологические факторы оказывают на живые организмы различные воздействия:
ограничивающее, раздражающее, модифицирующее, сигнальное. Ограничивающее воздействие делает невозможным существование в данных условиях. Раздражительное воздействие вызывает биохимические и физиологические адаптации. Модификационное воздействие вызывает морфологические и анатомические изменения организмов. Сигнальное
воздействие информирует об изменениях других факторов среды.
В природе экологические факторы действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс
факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы
организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.
2.5. Адаптации организмов к условиям среды
Адаптации — различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Адаптации проявляются на разных уровнях организации
живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации — одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования.
Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.
Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.
37
Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регул торных процессов,
позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения
фактора от оптимума. Haпример, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохи мических процессов в клетках.
Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов
среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза
(скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавл ивается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых,
спячка позвоночных животных и т.д.).
Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют и; бежать неблагоприятных воздействий.
Например, сезонные миграции животных.
Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем ил иным сочетанием
всех трех возможных путей адаптации.
Адаптации можно разделить на три типа: морфологические, физиологические и этологические.
Морфологические адаптации сопровождаются изменением строения организма
(например, видоизменение листа у растений пустынь). Морфологические адаптации у
растений и животных приводят образованию определенных жизненных форм.
Физиологические адаптации — изменения в физиологии организмов (например,
способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира).
Этологические адаптации — изменения в поведении (например, сезонные миграции
млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Этологические адаптации
характерны для животных.
Живые организмы хорошо адаптированы к периодическим факторам. Непериодические факторы могут вызывать болезни и даже смерть живого организма. Человек использует это, применяя пестициды, антибиотики и другие непериодические факторы. О днако длительное их воздействие также может вызвать к ним адаптацию.
2.6. Основные закономерности действия экологических факторов
Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зона нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зона угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов
38
максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости.
Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью ( толерантностью,
устойчивостью, пластичностью). Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности. Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой - стенобионтными. Организмы, переносящие
значительные колебания температуры, называются эвритермные, а приспособленные к узкому
интервалу температур — стенотермные. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к степени засоления среды - эври- и стеногалинные, и т.д.
Экологические валентности отдельных индивидуумов не совпадают. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи.
Экологические валентности вида к разным экологическим факторам могут существенно
отличаться. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический} спектр вида.
Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующий (ограничивающий) фактор. Такой фактор будет ограничивать распространение вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными.
Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида. Знание человеком лимитирующих факторов для того или иного вида организмов позволяет, изменяя условия среды обитания,
либо подавлять, либо стимулировать его развитие.
Можно выделить основные закономерности действия экологических факторов:
► закон относительности действия экологического фактора —
направление и интенсивность действия экологического фактора зависят от того, в каких количествах он берется и в сочетании с какими другими факторами действует. Не бывает абсолютно
полезных или вредных экологических факторов: все дело в количестве. Например, если температура окружающей среды слишком низкая или слишком высокая, т.е. выходит за пределы
выносливости живых организмов, это для них плохо. Благоприятными являются только
оптимальные значения. При этом экологические факторы нельзя рассматривать в отрыве друг от друга. Например, если организм испытывает дефицит воды, то ему труднее переносить высокую температуру;
► закон относительной заменяемости и абсолютной незаменимости экологических факторов - абсолютное отсутствие какого-либо из обязательных условий жизни
39
заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток
одних экологических факторов может быть возмещен действием других экологических
факторов.
Например, полное отсутствие воды нельзя компенсировать другими экологическими факторами. Однако если другие экологические факторы находятся в оптимуме, то
перенести недостаток воды легче, чем когда и другие факторы находятся в недостатке
или избытке.
2.7.
Свет как экологический фактор
Свет - один из основных экологических факторов. При прохождении солнечной
радиации через атмосферу около 19 % поглощается облаками, водяными парами и т.д.,
34 % отражается обратно в космос, 47 % достигает земной поверхности, из них 24 % прямая радиация и 23 % - отраженные лучи.
В спектре солнечного света выделяют области, различные по своему биологическому действию. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым
организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина D и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать мутации.
Значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем.
Видимые лучи - основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза. Инфракрасные лучи - основной источник тепловой энергии. Для растений
солнечный свет необходим, прежде всего, как источник энергии для фотосинтеза. По отношению к условиям освещенности растения делят на следующие экологические группы.
Гелиофипы (светолюбивые) - растения, обитающие в условиях хорошего освещения. Они имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, значительное количество
пигментов в листьях и др. Сциофиты (тенелюбивые) - растения, плохо переносящие
прямые солнечные лучи. Для них характерны крупные, тонкие листья, расположенные
горизонтально, с меньшим количеством устьиц. Факультативные гелиофиты (теневыносливые) - растения, способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в
условиях затенения. Имеют переходные черты.
Для животных свет - это условие ориентации. Животные бывают с дневным,
ночным и сумеречным образом жизни.
По отношению к продолжительности дня организмы (в основномрастения) делят
на короткодневные (обитатели низких широт) и длиннодневные (обитатели умеренных
и высоких широт). Реакция организмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Это очень важное приспособление, регулирующее сезонные явления у
40
организмов. Изменение длины дня тесно связано с годовым ходом температуры, но в
отличие от последней не подвержено случайным
колебаниям. Фотопериодизм обу-
словливает такие сезонные явления как листопад, перелеты птиц и т.п.
2.8. Температура как экологический фактор
Температура — один из основных экологических факторов. От температуры
окружающей среды зависит температура организмов, а, следовательно, скорость всех
химических реакций, составляющих обмен веществ. В основном живые организмы
способны жить при температуре от 0 до +50°С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является 120-140°С (близкие
к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним - минус 190273°С (переносят споры, семена, сперматозоиды).
По отношению к температуре организмы делят на криофилов (обитающих в
условиях низких температур) и термофилов (обитающих в условиях высоких температур).
Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое
при обмене веществ).В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом
балансе, живые организмы делят на пойкилотермных и гомойотермных. Пойкилотермные организмы — организмы с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры внешней среды. К ним относятся микроорганизмы, растения, беспозвоночные и низшие позвоночные животные. Температура их тела обычно выше температуры окружающей среды или равна ей. Гомойотермные организмы - организмы, способные поддерживать внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Это
птицы и млекопитающие. Если речь идет только о животных, то их еще называют холоднокровными и теплокровными соответственно. Среди гомойотермных организмов
выделяют группу гетеротермных организмов, у которых периоды сохранения постоянно
высокой температуры тела сменяются периодами ее понижения при впадении спячку в
неблагоприятный период года (суслики, сурки, ежи, мыши и др.).
У живых организмов различают три механизма терморегуляции. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения величины теплопродукции за счет изменения
интенсивности обмена веществ. Физическая терморегуляция связана с изменением в теплоотдачи. Этологическая (или поведенческая) терморегуляция заключается в избегании
условий с неблагоприятными температурами.
41
2.9. Вода как экологический фактор
Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к п остоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %. Вода в клетке присутствует в двух свободной (95 % всей
воды клетки) и связанной (4—5 % с белками).
Наиболее важные функции и свойства воды следующие.
1. Вода как растворитель является лучшим из известных растворителей, в ней растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Многие химические реакции в клетке являются ионными поэтому протекают только в водной среде.
2.Вода как реагент участвует во многих химических реакциях полимеризации,
гидролиза, в процессе фотосинтеза.
3. Вода как термостабилизатор и терморегулятор. Эта функция обусловлена такими
свойствами воды, как высокая теплоемкость - смягчает влияние на организм значительных перепадов температур в окружающей среде; высокая теплопроводность — позволяет
организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме. Высокая теплота испарения — используется для охлаждения организма при потоотделении у млекопитающих и транспирации у растений.
4. Транспортная функция воды осуществляется при передвижении по организму вместе
с водой растворенных в ней веществ к различным его частям и выведение ненужных продуктов из организма.
5.Структурная функция воды состоит в том, что цитоплазма клеток содержит от 60 до
95% воды, и именно она придает клеткам их нормальную форму. У растений вода поддерживает тургор (упругость эндоплазматической мембраны), у некоторых животных служит
гидростатическим скелетом.
По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа).
В частности среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.
Гигрофиты - растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним,
в частности, относятся водные растения — гидрофиты и гидатофиты. Гидатофиты — водные
растения, целиком
или большей своей частью погруженные в воду (например, рдест, кувшинка). Гидророфиты — водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними частями (например, тростник).
42
Ксерофиты — растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. К ним относятся суккуленты и склерофиты. Суккуленты — ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых
развита водозапасающая ткань. Склерофиты — ксерофитные растения с жесткими побегами,
благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания
(например, ковыли, саксаул). См. ксерофиты.
Мезофиты — растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа
между гидрофитами и ксерофитами.
2.10. Рельеф как экологический фактор
Совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба. Различают выпуклые
(положительные) формы рельефа и вогнутые (отрицательные) формы.. Рельеф сформировался
в результате взаимодействия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) геологических
процессов.
По размерам рельеф делят на макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф. Макрорельеф —
формы рельефа с разностью высот от десятков метров (горы, равнины, возвышенности, речные
долины и др.). Мезорельеф — формы рельефа с разностью высот в пределах 10-20 м (холмы, лощины, долины, террасы, склоны разной крутизны, овраги, балки и др.). Микрорельеф — формы рельефа с разностью высот от нескольких сантиметров до 1 м (бугорки, западины, борозды, небольшие промоины и др.).
Рельеф оказывает косвенное воздействие на живые организмы, перераспределяя солнечную
радиацию и осадки в зависимости от экспозиции и крутизны склонов. Так в северном полушарии на южных склонах произрастают более светолюбивые и теплолюбивые растения, чем на северных, в понижениях обитают более требовательные к влаге растения и т. д.
2.11 . Почвенно – грунтовые (эдафические) экологические факторы
Почва — одна из сред обитания живых организмов. Важнейшими экологическими
факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, содержание питательных элементов содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др.
По отношению к кислотности почвы растения делят на следующие экологические
группы: ацидофилы (растут на почвах с рН<6,7); нейтрофилы (рН=6,7—7,0); базифилы
(рН>7,0); индифферентные виды, (могут обитать на почвах с разным значением рН).
По отношению к содержанию питательных элементов в почве среди растений различают олиготрофов (растения, довольствующиеся малым количеством зольных элементов),
43
эвтрофов (нуждающихся в большом количестве зольных элементов) и мезотрофов (требуют умеренного количества зольных элементов).
По другим признакам среди растений выделяют такие группы как галофиты (растения засоленных почв), нитрофилы (растения предпочитающие почвы, богатые азотом), литофиты, или петрофиты (растения каменистых почв), псаммофиты (растения песков).
По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы. Геобионты — животные, но обитающие в почве, весь цикл развития которых протекает в поччвенной среде. Геофилы — животные, часть цикла развития (чаще
одна из фаз) обязательно проходит в почве. Геоксены животные, иногда посещающие почву для временного укрытия убежища.
2.12. Организм как среда жизни
В комплексе физиологических процессов на уровне организма можно выделить два типа
реакций, различающихся
функционально.
Первая
группа—это
физиологические про-
цессы, составляющие сущность жизни: переваривание и усвоение пищи, клеточный метаболизм, дыхание, водно-солевой обмен и т. д. Эти процессы в сумме обеспечивают жизнь организма, а в глобальном масштабе — функционирование соответствующего видовой специфике
обмена звена в трофических цепях биогенного круговорота. Но в реальных природных условиях осуществление этих фундаментальных функций организма осложнено многоплановой и
весьма динамичной по различным направлениям средой. Вторая группа физиологических
процессов как раз и направлена на выживание организмов в сложных условиях среды. Это механизмы адаптации к действию факторов, влияющих на протекание жизненно важных
процессов, направленных на обеспечение бесперебойного осуществления фундаментальных
физиологических функций в сложной и изменчивой среде. Их интегрированный результат выражен в поддержании гомеостаза организма, т. е. в создании относительного постоянства
условий его внутренней среды.
Гомеостазированность организма создает предпосылки для использования его другими живыми существами в качестве среды постоянного временного обитания. Таким образом, живое
вещество как бы дает для себя в биосфере еще одну, биотическую, среду обитания.
Группа живых организмов, наиболее полно освоивших возможности обитания в других
организмах — вирусы. Крайняя простота устройства — явно вторичное явление, возникшее на
базе освоения особой, внутриклеточной, среды в организмах других таксонов. Свидетельство
этому — высокая степень сложности и разнообразия генетической системы вирусов. Упрощение
строения, ставшее возможным благодаря облигатной связи вирусов с хозяевами, обеспечивающими стабильные условия жизни, затронуло даже фундаментальные свойства, присущие подав44
ляющему большинству форм жизни: вирусы не обладают раздражимостью и лишены собственного аппарата синтеза белка. Они не способны к самостоятельному существованию, и их связь с
клеткой — это не только пространственная, но и жесткая функциональная связь, в которой
клетка и вирус представляют некое единство.
Широко используют благоприятные условия внутренней организма различные паразиты
из разных таксонов. Помимо паразитов благоприятные условия для жизни в организмах других
видов находят различные симбионты. Взаимоотношения с хозяином в этом случае столь однозначны: сожители могут быть нейтральны для хозяина, частично использовать его пищевые ресурсы или же, наоборот, снабжать организм хозяина продуктами питания. Во всех случаях формируются определенные взаимоотношения, в которых просматривается проявление специфических коадаптаций.
Возможность использования живого организма в качестве обитания других живых существ как бы замыкает круг всеобщей взаимосвязи на уровне биосферы как целого: выступая
как первое звено в циркуляции вещества в биологических системах разного уровня, организм
в то же время функционирует как специфическая среда, в которой в свою очередь формируются
и функционируют достаточно богатые сообщества живых организмов.
Тема 3
Популяция как биологическая система
Понятие о популяции. Классификация популяций. Статические показатели популяции: численность, плотность, показатели структуры. Динамические показатели популяции: рождаемость, смертность, скорость
роста популяции. Продолжительность жизни и выживаемость. Регуляция численности (плотности) популяции.
3.1. Понятие о популяции
Биологический вид - это совокупность особей обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных
к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область (ареал), в
пределах которого особи распределены неравномерно, группами — популяциями. Целостность вида поддерживается связями между популяциями.
Популяция - совокупность особей одного вида, способных к самовоспроизводству, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно
от других совокупностей того же вида. Контакты между особями одной популяции
чаще, чем между особями разных популяций. Например, уровень панмиксии (свобод-
45
ного скрещивания) внутри популяции выше, чем между особями разных популяций.
Популяция является структурной единицей вида и единицей эволюции.
Ареал. Пространство, на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей
своей жизнедеятельности, называется
ареалом - областью распространения. Ареал
может быть сплошным или разорванным (дизъюнктивным), если между его частями
возникают различные преграды (водные, орографические и др.), пространства, не заселенные представителями данного вида. Выделяют различные центры ареалов: геометрический центр; центр возникновения вида в пределах ареала; центр обилия –
часть ареала, на которой сосредоточено наибольшее количество особей.
В зависимости от величины ареала и характера распространения различают космополитов, убиквистов, эндемиков. Космополиты – виды растений и животных,
представители которых встречаются на большей части обитаемых областей Земли
(например, комнатная муха, серая крыса). Убиквисты - виды растений и животных с
широкой экологической валентностью, способны существовать в разнообразных
условиях среды, имеют обширные ареалы (например, тростник, волк). Эндемики виды растений и животных, которые имеют небольшие ограниченные ареалы (часто
встречаются на островах океанического происхождения, в горных районах и изолированных водоемах).
Для животных также различают трофический и репродуктивный ареалы, между
которыми существует связь в виде путей пролета для птиц или путей миграции для
некоторых млекопитающих и рыб.
3.2. Классификация популяций
Популяции различаются по размерам и степени генетической самостоятельности,
длительности существования, способу размножения и др.
По размерам занимаемой популяцией территории и степени связи между особями
различают элементарные (локальные), экологические географические популяции. Элементарная (локальная) популяция―элементарная группировка особей, характеризующаяся практически полной панмиксией. Экологическая популяция―совокупность пространственно смежных элементарных популяций. Географическая популяция― совокупность групп пространственно смежных экологических популяций.
По способности к самовоспроизведению и самостоятельной эволюции популяции
бывают перманентные (постоянные) и темпоральные (временные). Перманентные (постоянные) - популяции, относительно устойчивые в пространстве и во времени, способные к неограниченно длительному самовоспроизведению, являются элементарны46
ми единицами эволюции. Темпоральные (временные) - популяции, неустойчивы в пространстве и во времени, неспособные к длительному самовоспроизведению, с течением
времени либо преобразуются, либо исчезают.
По способу размножения
популяции делят на панмиктические, клонально-
панмиктические. Панмиктические популяции состоят из особей, размножающихся
половым
путем,
для которых характерно перекрестное оплодотворение. Клональные популяции состоят
из особей, для которых характерно только бесполое размножение. Клональнопанмиктические популяции образованы особями с чередованием полового и бесполого размножения.
Популяции, будучи групповыми объединениями, обладают рядом специфических
свойств, которые не присущи каждой отдельной особи: численность, плотность, рождаемость, смертность, скорость роста и др. Кроме того, популяции свойственна определенная
организация: половая, возрастная, генетическая, пространственно-этологическая и другие
структуры.
3.3. Статические показатели популяции: численность, плотность,
показатели структуры
Количественные показатели (характеристики) популяции можно разделить на статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние популяции на
данный момент времени. Основные из них: численность, плотность, а также показатели
структуры.
Численность — число особей в популяции. Численность популяции может значительно изменяться во времени. Она зависит от биотического потенциала вида и внешних
условий.
Плотность — число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема.
Популяция характеризуется определенной структурной организацией — соотношением групп особей по полу, возрасту, размеру, генотипу, распределением особей по территории и т.д. В связи с этим выделяют различные структуры популяции: половую, возрастную, размерную, генетическую, пространственно-этологическую и др. Структура популяции формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, с
другой стороны, под влиянием факторов среды, т.е. имеет приспособительный характер.
Половая структура (половой состав) — соотношение особей мужского и женского
пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых
47
организмов. Теоретически соотношение полов должно быть одинаковым: 50 % от общей
численности должны составлять мужские особи, а 50 % — женские особи. Фактическое
соотношение полов зависят от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида.
Различают первичное, вторичное и третичное соотношения. Первичное соотношение —
соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1. Такое соотношение обусловлено генетическим механизмом определения пола.
Вторичное соотношение — соотношение, наблюдаемое при рождении. Третичное соотношение — соотношение, наблюдаемое у взрослых половозрелых особей.
Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в
третичном — женщины: на 100 мальчиков рождается 106 девочек, к 16—18 годам из-за
повышенной мужской смертности это соотношение выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам — 50 мужчин на 100 женщин.
У некоторых рыб (р. Пецилия) различают три типа половых хромосом: Y, X и W, из
них Y-хромосома несет гены мужского пола, а X и W-хромосомы — гены женского пола, но разной степени «мощности». Если генотип особи имеет вид YY, то развиваются
самцы, если XY — самки, если же WY, то в зависимости от условий среды развиваются
половые признаки самца или самки.
В популяциях меченосцев соотношение полов зависит от значения рН среды. При рН
= 6,2 количество самцов в потомстве составляет 87-100 %, а при рН = 7,8 - от 0 до 15
%.
Возрастная структура (возрастной состав) — соотношение в популяции особей
разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность
определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется рядом
свойств и особенностей вида: время достижения половой зрелости, продолжительность
жизни, длительность периода размножения, смертность и др.
В зависимости от способности особей к размножению различают три группы: предрепродуктивную (особи еще не способные размножаться), репродуктивную (особи способные размножаться) и пострепродуктивную (особи уже не способные размножаться).
Возрастные группы могут быть подразделены и на более мелкие категории. Например, у растений выделяют следующие состояния: покоящееся семя, проростки и всходы,
ювенилъное состояние, имматурное состояние, виргинильное состояние, раннее генера48
тивное, среднее генеративное, позднее генеративное, субсенильное, сенильное (старческое), состояние полутрупа.
Возрастную структуру популяции выражают при помощи возрастных пирамид.
Пространственно-этологическая структура — характер распределения особей в
пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологических
особенностей поведения) вида. Различают три основных типа распределения особей в
пространстве: равномерное (регулярное), неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) и случайное (диффузное).
Равномерное распределение характеризуется равным удалением каждой особи от всех
соседних. Свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, проявляющих друг к другу антагонизм.
Неравномерное распределение проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций,
обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из
особей, ведущих групповой (стадный) образ жизни.
Случайное распределение выражается в неодинаковом расстоянии между особями.
Является результатом вероятностных процессов, неоднородности среды и слабых социальных связей между особями.
По типу использования пространства все подвижные животные подразделяются
на оседлых и кочевых. Оседлый образ жизни имеет ряд биологических преимуществ,
таких как свободная ориентация на знакомой территории при поиске пища или укрытия, возможность создать запасы пищи (белка, полевая мышь). К его недостаткам относится истощение пищевых ресурсов при излишне высокой плотности популяции.
По форме совместного существования животных выделяют одиночный образ жизни,
семейный, колониями, стаями, стадами. Одиночный образ жизни проявляется в том, что
особи в популяциях независимы и обособленны друг от друга (ежи, щуки и др.). Однако он характерен только для определенных стадий жизненного цикла. Полностью
одиночное существование организмов в природе не встречается, Так как при этом было
бы невозможно размножение.
Семейный образ жизни наблюдается в популяциях с
усилением связей между родителями и потомством (львы, медведи и др.). Колонии —
групповые поселения оседлых животных, как длительно существующие, так и возникающие лишь на период размножения (гагары, пчелы, муравьи и др. Стаи — временные
объединения животных, облегчающие выполнение какой-либо функции: защиты от врагов, добывания пищи, миграции (волки, сельдь и др.). Стада — более длительные, чем
49
стаи, или постоянные объединения животных, в которых, как правило, выполняются все
жизненные функции вида: защита от врагов, добывание пищи, миграции, размножение,
воспитание молодняка и т.д. (олени, зебры и др.).
Генетическая структура — соотношение в популяции различных генотипов и аллелей. Совокупность генов всех особей популяции называют генофондом. Генофонд характеризуют частоты аллелей генотипов. Частота аллеля — это его доля во всей совокупности аллелей данного гена. Сумма частот всех аллелей равна единице:
р + q = 1,
где р — доля доминантного аллеля (A); q — доля рецессивного аллеля (а).
Зная частоты аллелей, можно вычислить частоты генотипов в популяции:
(р + q)2 =p 2 + 2pq + q 2 = 1,
где p и q - частоты доминантного и рецессивного аллелей соответственно, р 2 - частота гомозиготного доминантного генотипа (АА), 2pq — частота гетерозиготного доминантного генотипа (Aа), q2 — частота гомозиготного рецессивного генотипа (аа).
Согласно закону Харди-Вайнберга, относительные частоты аллелей в популяции
остаются неизменными из поколения в поколение. Закон Харди-Вайнберга справедлив,
если соблюдаются следующие условия: 1) популяция велика; 2) в популяции осуществляется свободное скрещивание; 3) отсутствует отбор; 4) не возникает новых мутаций; 5)
нет миграции новых генотипов в популяцию или из популяции. Очевидно, что популяций,
удовлетворяющих этим условиям в течение длительного времени, в природе не существует. На популяции всегда действуют внешние и внутренние факторы, нарушающие генетическое равновесие. Длительное и направленное изменение генотипического состава популяции, ее генофонда получило название элементарного эволюционного явления. Без изменения генофонда популяции невозможен эволюционный процесс.
Факторы, изменяющие генетическую структуру популяции, следующие: 1) мутации источник возникновения новых аллелей; 2) неравная жизнеспособность особей (особи
подвергаются действию отбора); 3) неслучайное скрещивание (например, при самооплодотворении частота гетерозигот постоянно падает); 4) дрейф генов - изменение частоты
аллелей случайные и независящие от действия отбора (например, вспышки заболеваний);
5) миграции - отток имеющихся генов и (или) приток новых.
3.4. Динамические показатели популяции: рождаемость, смертность, скорость роста
популяции
Количественные показатели популяции можно разделить на статические и динамические. Динамические показатели популяции отражают процессы, протекающие в популяции за
50
определенный промежуток времени. Основные из них: рождаемость, смертность, скорость роста популяции.
Для характеристики динамических показателей популяции используют следующие
обозначения:
— N — число организмов;
— t — время;
— N /Δt — средняя абсолютная (общая) скорость изменения числа организмов за
определенный период времени;
— Δ N /(Δ t) — средняя удельная скорость изменения числа организмов в расчете на
1 особь за определенный период времени.
При математическом моделировании в экологии часто необходимо знать не только
среднюю скорость, но и мгновенную скорость изменения числа организмов в тот или
иной момент времени (за бесконечно малый промежуток времени). Когда Δ t стремится к нулю (Δ t → 0) символ Δ заменяют на d.
Тогда:
— dN /dt — мгновенная абсолютная (общая) скорость изменения числа организмов за единицу времени в некоторый момент;
— dN /(Ndt) — мгновенная удельная скорость изменения числа организмов в расчете
на 1 особь за единицу времени в некоторый момент.
Таким образом, скорость рождаемости, скорость смертности и скорость роста популяции могут быть средними и мгновенными. Далее по тексту подразумевается мгновенная скорость, однако слово «мгновенная» сознательно опущено, чтобы не перегружать
текст.
Рождаемость (скорость рождаемости) — число новых особей, появившихся в
популяции за единицу времени в результате размножения.
Различают максимальную и фактическую рождаемость. Максимальная рождаемость — максимальная реализация возможности рождения при отсутствии лимитирующих факторов среды. Фактическая рождаемость — реальная реализация возможности рождения.
Различают абсолютную и удельную рождаемость. Абсолютная (общая) рождаемость,
или скорость рождаемости, выражают отношением:
dN n /dt, где dNn — число особей (яиц, семян и т.п.), родившихся (отложенных, продуцированных и т.д.) за некоторый промежуток времени dt. Удельная рождаемость
(b) — отношение скорости рождаемости к исходной численности (N): b = dNn /(Ndt).
51
Эта величина зависит от интенсивности размножения особей: для бактерий - час, для
фитопланктона - сутки, для насекомых - неделя или месяц, для крупных млекопитающих год.
Смертность (скорость смертности) — число особей, погибших в популяции за
единицу времени (от хищников, болезней, старости и других причин). Смертность — величина обратная рождаемости.
Различают минимальную и фактическую смертность. Минимальная смертность —
минимально возможная величина смертности.
Фактическая смертность — реальная
величина смертности. Различают абсолютную и удельную смертность. Абсолютная (общая) смертность, или скорость смертности, выражают отношением:dNm / dt
dN m — число особей, погибших за промежуток времени dt. Удельная смертность
(d) — отношение скорости смертности к исходной численности (N):
d = dNm /(Ndt).
Скорость роста популяции — изменение численности популяции в единицу времени. Скорость роста популяции может быть положительной, нулевой и отрицатель-ной.
Она зависит от показателей рождаемости, смертности и миграции (вселения — иммиграции и выселения - миграции). Увеличение (прибыль) численности происходит в результате рождаемости и иммиграции особей, а уменьшение (убыль) ценности — в результате смертности и эмиграции особей. Различают абсолютную и удельную скорость роста
популяции. Абсолютная (общая) скорость роста выражают отношением: dN/dt, где dN —
изменение численности популяции за промежуток времени dt. Удельная скорость роста
— отношение скорости роста к исходной численности (N): dN/(Ndt).
При отсутствии лимитирующих факторов среды удельная скорость роста равна величине r , которая характеризует свойства самой популяции и называется удельной (врожденной)скоростью роста популяции или биотическим потенциалом вида:
r = dN / (Ndt) или dN / dt = rN.
Величина биотического потенциала очень различается у разных видов. Например,
самка косули способна произвести за жизнь 10—15 козлят, трихина отложить 1,8 тыс. личинок, самка медоносной пчелы —50 тыс. яиц, рыба-луна — до 3 млрд. икринок.
Однако в природе, в связи с действием лимитирующих факторов, биотический потенциал популяции никогда не реализуется полностью. Его величина обычно складывается
как разность между рождаемостью и смертностью в популяции:
r= b – d
52
где b — число родившихся, d — число погибших особей в популяции за один и тот же
период времени. Когда b= d, r = 0 и популяция находится в стационарном состоянии.
Когда b> d, r > 0, численность популяции увеличивается. Когда b < d, r < 0, численность популяции сокращается. Формула d = b — r позволяет определить смертность, которую трудно измерить непосредственно, а определить r достаточно просто непосредственными наблюдениями. Скорость роста может быть выражена в виде кривой роста популяции.
3.5 Продолжительность жизни и выживаемость
Длительность существования особи. Она зависит от генотипических и фенотипических
факторов и называется продолжительностью жизни. Различают физиологическую, максимальную и среднюю продолжительность жизни. Физиологическая продолжительность
жизни (ФПЖ) — это продолжительность жизни, которая могла бы быть у особи данного вида, если бы в период всей жизни на нее не оказывали влияние лимитирующие факторы. Она зависит только от физиологических (генетических) возможностей организма
и возможна только теоретически. Максимальная продолжительность жизни (МПЖ) —
это продолжительность жизни, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды. Она варьирует в широких пределах: от нескольких минут у бактерий до нескольких тысячелетий у древесных растений (секвойя). Обычно, чем крупнее растение или животное, тем больше их продолжительность жизни, хотя бывают и исключения
(летучие мыши доживают до 30 лет, это дольше, например, жизни медведя). Средняя продолжительность жизни (СПЖ) — это среднее арифметическое продолжительности
жизни всех особей популяции. Она значительно колеблется в зависимости от внешних
условий, поэтому для сравнения продолжительности жизни разных видов чаще используют
генетически детерминированную МПЖ.
Выживаемость — абсолютное число особей (или процент от исходного числа особей),
сохранившихся в популяции за определенный промежуток времени.
Z = n / N ∙ 100 %,
где Z — выживаемость, %; п — число выживших; N — исходная численность популяции.
Выживаемость зависит от ряда причин: возрастного и полового состава популяции,
действия тех или иных факторов среды и др.
3.6. Регуляция численности (плотности) популяции
Гомеостаз популяции — поддержание определенной численности (плотности). Изменение численности зависит от целого ряда факторов среды — абиотических, биотических
53
и антропогенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно
влияющий на рождаемость, смертность, миграцию особей и т.д.
Факторы, регулирующие плотность популяции, делятся на зависимые и независимые
от плотности. Зависимые от плотности факторы изменяются вместе с изменением плотности, к ним относятся биотические факторы. Независимые от плотности факторы остаются постоянными с изменением плотности, это абиотические факторы.
Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей численности.
Выделяют три механизма торможения роста численности популяций:
1) при возрастании плотности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность;
2)при возрастании плотности усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые
зоны, где условия менее благоприятны и смертность увеличивается;
3)при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции, например, быстро размножающиеся особи заменяются медленно размножающимися.
Понимание механизмов регуляции численности популяций чрезвычайно важно для
возможности управления этими процессами. Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов. Причины этого в чрезмерном истреблении особей, ухудшении условий жизни вследствие загрязнения окружающей среды, беспокойства животных, особенно в период размножения, сокращение ареала и т.д.
В природе нет и не может быть «хороших» и «плохих» видов, все они необходимы для
ее нормального развития. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения биологического разнообразия. Сокращение генофонда живой природы может привести к
трагическим последствиям. Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) издает «Красную книгу», где регистрирует следующие виды: исчезающие,
редкие, сокращающиеся, неопределенные и «черный список» безвозвратно исчезнувших
видов.
В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: правильное ведение охотничьего хозяйства и промыслов (установление сроков и угодий охоты и отлова рыбы), запрещение охоты на некоторые виды ж ивотных, регулирование вырубки леса и др.
В то же время деятельность человека создает условия для появления новых форм организмов или развития старых видов, к сожалению, часто вредных для человека: болезнетворных микро-организмов, вредителей сельскохозяйственных культур и т.д.
54
Тема 4
Биоценоз: видовая, пространственная и экологическая структуры
Понятие о биоценозе. Видовая, пространственная и экологическая структуры биоценоза.
Местообитание и экологическая ниша. Типы связей и взаимоотношений между орг анизмами. Организация на уровне сообщества. Трофическая структура биоценозов.
4.1. Понятие о биоценозе (сообществе)
Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной
территории. Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный —
зооценозом, микробный — микробоценозом. Ведущим компонентом в биоценозе является фитоценоз. Он определяет каким будет зооценоз и микробоценоз.
Различают видовую, пространственную и экологическую структуры биоценоза.
4.2. Видовая структура
Ее составляет число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. То есть видовая структура биоценоза определяется видовым разнообразием и количественным соотношением числа видов или их массы между собой.
Видовое разнообразие — число видов в данном сообществе. Встречаются бедные и
богатые видами биоценозы. Видовое разнообразие зависит от возраста сообщества (молодые сообщества беднее, чем зрелые) и от благоприятности основных экологических
факторов — температуры, влажности, пищевых ресурсов (биоценозы высоких широт,
пустынь и высокогорий бедны видами). Различают - и β-разнообразие; а-разнообразие
— видовое разнообразие в данном местообитании, β-разнообразие — сумма всех видов
всех местообитаний в данном районе.
Высоким видовым разнообразием отличаются экотоны — переходные зоны между
сообществами, а увеличение здесь видового разнообразия называется краевым эффектом.
В сообществе различают следующие виды: доминантные, преобладающие по численности, и «второстепенные», малочисленные и редкие. Среди доминантов особо выделяют эдификаторов (строителей) — это виды, определяющие микросреду (микроклимат) всего сообщества. Как правило, это растения.
О значимости отдельного вида в видовой структуре биоценоза судят по нескольким показателям: обилие вида, частота встречаемости и степень доминирования. Обилие
вида — число или масса особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого им пространства. Частота встречаемости — процентное отношение числа проб
или учетных площадок, где встречается вид, к общему числу проб или учетных площадок.
55
Характеризует равномерность или неравномерность распределения вида в биоценозе. Степень доминирования — отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой группировки.
4.3. Пространственная структура
Это распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Пространственная структура образуется прежде всего растительной частью
биоценоза. Различают ярусность (вертикальная структура биоценоза) и мозаичность
(структура биоценоза по горизонтали).
4.4. Экологическая структура
Это соотношение организмов разных экологических групп. Биоценозы со сходной
экологической структурой могут иметь разный видовой состав. Это связано с тем, что
одни и те же экологические ниши могут быть заняты сходными по экологии, но далеко
не родственными видами. Такие виды называются замещающими или викарирующими.
Важными характеристиками структуры биоценоза являются консорция, синузия и
парцелла (рис. 7). Консорция — структурная единица биоценоза, объединяющая автотрофные и гетеротрофные организмы на основе пространственных (топических) и пищевых
(трофических) связей вокруг центрального члена (ядра). Например, отдельно стоящее
дерево или группа деревьев (растение-эдификатор) и связанные с ним организмы. Биоценоз — это система связанных между собой консорций. Синузия — структурная часть в
вертикальном расчленении биоценоза, ограниченная в пространстве (или во времени).
Пространственно синузия может совпадать с горизонтом, пологом, слоем, ярусом биогеоценоза. Например, в сосновом лесу можно выделить синузию сосны, синузию брусники, синузию зеленых мхов и т.д. Парцелла — структурная часть в горизонтальном расчленении биоценоза, отличающаяся от других частей составом и свойствами компонентов.
Парцеллу выделяют (ограничивают) по ведущему элементу растительности.
Например, участки широколиственных деревьев в хвойном лесу.
4.5. Местообитание и экологическая ниша
Любая популяция (вид) занимает определенное местообитание определенную экологическую нишу.
Местообитание — это территория или акватория, занимаемая популяцией (видом), с комплексом присущих ей экологических факторов. Местообитание вида является
56
компонентом его экологической ниши. Применительно к наземным животным местообитание вида называется стация, местообитание сообщества — биотоп.
Экологическая ниша— это совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. То есть экологическая ниша — это место вида в природе, включающее не только его положение в пространстве и отношение к абиотическим факторам, но и его функциональную роль в сообществе (прежде
всего трофический статус). Местообитание — это как бы «адрес» организма, а экологическая ниша — это его «профессия».
Для характеристики экологической ниши обычно используют два важных показателя: ширина ниши и степень перекрывания ее с соседними. Экологические ниши разных
видов могут быть разной ширины и перекрываться в различной степени.
Разделение экологических ниш между видами происходит за счет приуроченности
разных видов к разным местобитаниям, разной пищи и разному времени использования
одного и того же местообитания. Принцип конкурентного исключения (принцип Гаузе)
гласит: «Два вида не могут сосуществовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны. Такие виды обязательно должны быть разобщены в
пространстве или во времени».
Группы видов в сообществе, обладающие сходными функциями и нишами одинакового размера, т.е. роль которых в сообществе одинакова или сравнима, называются гильдиями. Например, лианы тропического леса представлены многими видами растений.
Между видами внутри гильдии наблюдается особенно острая конкуренция.
Виды, занимающие одинаковые ниши в разных географических областях, называются экологическими эквивалентами. Например, крупные кенгуру Австралии, бизоны
Северной Америки, зебры и антилопы Африки и т.д. являются экологическими эквив алентами. В настоящее время они значительно замещены коровами и овцами.
4. 6. Типы связей и взаимоотношений между организмами
Типы связей между организмами. Живые организмы определенным образом связаны друг с другом. Различают следующие типы связей между видами (В.Н. Беклемишев,
1951): трофические, топические, форические, фабрические. Наиболее важными являются
трофические и топические связи, так как именно они удерживают организмы разных
видов друг возле друга, объединяя их в сообщества.
Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другим: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая
связь может быть прямой и косвенной. Прямая связь проявляется при питании львов жи57
выми антилопами, гиен трупами зебр, жуков-навозников пометом крупных копытных и
т.д. Косвенная связь возникает при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс.
Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого
вида. Например, под хвойным лесом, как правило, отсутствует травянистый покров.
Форические связи возникают, когда один вид участвует в распространении другого
вида. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называется зоохория, а мелких
особей — форезия.
Фабрические связи заключаются в том, что один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида.
Например, птицы при постройке гнезд используют ветки деревьев, траву, пух и перья
других птиц.
Типы отношений между организмами. Воздействие одного вида нa другой может
быть положительным, отрицательным и нейтральным. При этом возможны разные комбинации типов воздействия. Различают нейтрализм, протокооперацию, мутуализм, комменсализм, хищничество, паразитизм, конкуренцию, аменсализм.
Нейтрализм — сожительство двух видов на одной территории, не имеющее для них
ни положительных, ни отрицательных последствий, Например, белки и лоси не оказывают друг на друга значительных воздействий.
Протокооперация — взаимовыгодное, но не обязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают все участники. Например, раки-отшельники и актинии. На раковине рака может поселяться коралловый полип актиния, который имеет
стрекательные слетки, выделяющие яд. Актиния защищает рака от хищных рыб, а ракотшельник, перемещаясь, способствует распространению актиний и увеличению их кормового пространства.
Мутуализм (облигатный симбиоз) — взаимовыгодное сожительство, когда либо
один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя. Например, травоядные
копытные и целлюлозоразрушающие бактерии. Целлюлозоразрушающие бактерии обитают в желудке и кишечнике травоядных копытных. Они продуцируют ферменты, расщепляющие целлюлозу, поэтому обязательно нужны травоядным, у которых таких ферментов нет. Травоядные копытные со своей стороны предоставляют бактериям питательные вещества и среду обитания с оптимальной температурой, влажностью и т.д.
Комменсализм — взаимоотношения, при которых один из партнеров получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично. Различают две формы
комменсализма: синойкия (квартирантство) и трофобиоз (нахлебничество). Примером
58
синойкии являются взаимоотношения некоторых актиний и тропических рыбок. Тропические рыбки укрываются от нападения хищников среди щупалец актиний, которые
имеют стрекательные клетки. Примером трофобиоза служат взаимоотношения крупных
хищников и падальщиков. Падальщики, например гиены, грифы, шакалы, питаются останками жертв, убитых и частично съеденных крупными хищниками — львами.
Хищничество — взаимоотношения, при которых один из участников (хищник)
умерщвляет другого (жертва) и использует его в качестве пищи. Например, волки и зайцы. Состояние популяции хищника тесно связано с состоянием популяции жертв. Однако при сокращении численности популяции одного вида жертв, хищник переключает ся
на другой вид. Например, волки могут использовать в качестве пиши зайцев, мышей,
кабанов, косуль, лягушек, насекомых и т.д.
Частным случаем хищничества является каннибализм — умерщвление и поедание себе подобных. Встречается, например, у крыс, бурых медведей, человека.
Паразитизм — взаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а
длительное время использует его как среду обитания и источник пищи. К паразитам относятся: вирусы, патогенные бактерии, грибы, простейшие, паразитические черви и др.
Различают облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты ведут исключительно паразитический образ жизни и вне организма хозяина либо погибают, либо
находятся в неактивном состоянии (вирусы). Факультативные паразиты ведут паразитический образ жизни, но в случае необходимости могут нормально жить во внешней
среде, вне организма хозяина (патогенные грибы и бактерии).
Конкуренция — взаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних. Организмы могут конкурировать за пищевые ресурсы, полового партнера, убежище, свет и т.д. Различают прямую и косвенную, межвидовую и внутривидовую конкуренции.
Косвенная (пассивная) конкуренция — потребление ресурсов среды, необходимых
обоим видам. Прямая (активная) конкуренция — подавление одного вида другим.
Внутривидовая конкуренция — это соперничество между особями одного вида,
межвидовая — между особями разных видов. Межвидовая конкуренция возникает между особями экологически близких видов. Ее результатом может быть либо взаимное
приспособление двух видов, либо замещение популяцией одного вида популяции другого
вида, который переселяется на другое место, переключается на другую пищу или вымирает. Конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образованию ими разных экологических ниш.
59
Аменсализм — взаимоотношения, при которых один организм воздействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого. Например, ель и растения нижнего яруса. Плотная кр она
ели препятствует проникновению солнечных лучей под полог леса и подавляет развитие
растений нижнего яруса.
Частным случаем аменсализма является аллелопатия (антибиоз) — влияние одного
организма на другой, при котором во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя ее и делая непригодной для жизни другого. Аллелопатия распространена у растений, грибов, бактерий. Например, гриб пеницилл продуцирует вещества, подавляющие жизнедеятельность бактерий. Пеницилл используют для
получения пенициллина. Это первый открытый в медицине антибиотик. В последнее время в понятие «аллелопатия» включают и положительное воздействие.
Характеристика видов взаимодействия между популяциями разных видов также
представлена в табл.1.
В ходе эволюции и развития экосистем существует тенденция к уменьшению роли
отрицательных взаимодействий за счет положительных, увеличивающих выживание обоих видов. Поэтому в зрелых экосистемах доля сильных отрицательных взаимодействий
меньше, чем в молодых.
Тема 5
Структура, функционирование и продуктивность экосистем
Основные понятия об экосистеме. Структурная организация экосистемы. Трофические цепи и цепи разложения. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Экологическая
пирамида и ее типы. Биологическая продуктивность экосистемы. Циклические изменения в
экосистеме. Сукцессии. Классификация природных экосистем. Наземные экосистемы. Водные экосистемы. Энергетическая классификация экосистем. Антропогенные экосистемы:
агро- и урбосистемы.
5.1. Понятия «биоценоз», «биотоп», «биогеоценоз», «экосистема»
Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определенных отношениях, образуя, так называемые, экологические системы.
Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.
60
Биотоп — определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва). Биогеоценоз —
совокупность биоценоза и биотопа (рис.1) Экосистема — система
Рис. 1. Структура биогеоценоза (по В.Н. Сукачеву)
живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ. Термин «экосистема» был предложен английским ученым А. Тенсли (1935), а термин «биогеоценоз» — российским ученым В.Н. Сукачевым (1942). «Экосистема» и «биогеоценоз» — понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз — это экосистема в границах фитоценоза. Экосистема — понятие более общее.
Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Единая
экосистема нашей планеты называется биосферой. Биосфера — экосистема высшего порядка.
5.2. Структурная организация экосистемы
Структурную организацию экосистемы можно рассмотреть с трофической и биологической точек зрения.
С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса
— автотрофный и гетеротрофный (по Ю. Одуму, 1986).
1. Верхний автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий растения или их
части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование
простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений.
2. Нижний гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т.д., в котором преобладают использование, трансформация и
разложение сложных соединений. С биологической точки зрения в составе экосистемы
удобно выделить следующие компоненты (по Ю. Одуму, 1986):
61
1) неорганические вещества;
2) органические соединения;
3) воздушную, водную и субстратную среду;
4) продуцентов;
5) макроконсументов;
6) микроконсументов.
1. Неорганические вещества (СО2, Н2О, N2, 02, минеральные соли и др.), включающиеся в круговороты.
2.Органические вещества (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.),
связывающие биотическую и абиотическую части.
3.Воздушная, водная и субстратная среда, включающая абиотические факторы.
3. Продуценты — автотрофные организмы, способные производить органические
вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез (растения и автотрофные бактерии).
5. Консументы (макроконсументы, фаготрофы) — гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов (животные,
гетеротрофные растения, некоторые микроорганизмы). Консументы бывают первого
порядка (фитофаги, сапрофаги), второго порядка (зоофаги, некрофаги) и т.д.
6.Редуценты (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) — гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ (сапротрофные бактерии и грибы).
Следует учитывать, что и продуценты, и консументы частично выполняют функции
редуцентов, выделяя в окружающую среду минеральные вещества — продукты их метаболизма.
Таким образом, как правило, в любой экосистеме можно выделить три функци ональные группы организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. В экосистемах,
образованных только микроорганизмами, консументы отсутствуют. В каждую группу
входит множество популяций, населяющих экосистему.
В экосистеме пищевые и энергетические связи идут в направлении: продуценты →
консументы → редуценты.
Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания. Цепь питания —
последовательность организмов, по которой передается энергия, заключенная в пище, от
ее первоначального источника. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем.
Первый
трофический
уровень
—
продуценты
(автотрофные
организмы,
пре-
имущественно зеленые растения). Второй трофический уровень — консументы первого
62
порядка (растительноядные животные). Третий трофический уровень — консументы
второго порядка (первичные хищники, питающиеся растительноядными животными).
Четвертый трофический уровень — консументы третьего порядка (вторичные хищники,
питающиеся плотоядными животными). В пищевой цепи редко бывает больше 4—5 трофических уровней. Последний трофический уровень — редуценты (сапротрофные бактерии и грибы). Они осуществляют минерализацию — превращение органических остатков
в неорганические вещества.
Различают два типа пищевых цепей. Цепи выедания (или пастбищные) — пищевые
цепи, начинающиеся с живых фотосинтезирующих организмов. Например, фитопланктон
→ зоопланктон → микрофаги → рыбы макрофаги → птицы ихтиофаги. Цепи разложения (или детритные) — пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений,
трупов и экскрементов животных. Например, детрит → детритофаги → хищники микрофаги → хищники макрофаги. Таким образом, поток энергии, проходящий через экосистему, разбивается как бы на два основных направления. Энергия к консументам поступает через живые ткани растений или через запасы мертвого органического вещества.
Цепи выедания преобладают в водных экосистемах, цепи разложения — в экосистемах
суши.
В сообществах пищевые цепи сложным образом переплетаются и образуют пищевые
сети. В состав пищи каждого вида входит обычно не один, а несколько видов, каждый
из которых в свою очередь может служить пищей нескольким видам. С одной стороны,
каждый трофический уровень представлен многими популяциями разных видов, с др угой стороны, многие популяции принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням.
В результате благодаря сложности пищевых связей выпадение какого-то одного вида
часто не нарушает равновесия в экосистеме.
5.3. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме
Любой экосистеме свойственен круговорот веществ и прохождение через нее потока энергии.
В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. Выделенные в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, т.е. превращению в неорганические
вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы автотрофами
для синтеза органических веществ. Так осуществляется биологический круговорот веществ.
63
В то же время, энергия не может циркулировать в пределах экосистемы. Поток энергии (передача энергии), заключенной в пище, в экосистеме осуществляется однонаправленно от автотрофов к гетеротрофам.
Зелеными растениями поглощается около 50 % солнечной энергии (LA). Только
часть ее в процессе фотосинтеза преобразуется в энергию химических связей органических веществ. Это валовая первичная продукция (P G ). Большая часть поглощенной растениями, но не усвоенной энергии, рассеивается в окружающую среду в виде тепловой
энергии. Часть образованных органических веществ окисляется, а высвобождающаяся
энергия расходуется на поддержание всех метаболических процессов. Это так называемые траты на дыхание (R). Эта энергия, в конечном счете, также рассеивается в виде
тепла. Оставшаяся часть новообразованных органических веществ составляет прирост
биомассы растений (DB) и называется чистой первичной продукцией (PN ). В чистую первичную продукцию превращается только 1 % поглощенной растением энергии. Таким
образом, PN = PG – R..
До второго трофического уровня доходит только часть чистой первичной продукции. Некоторая ее часть (N U) не используется консументами первого порядка. Она может
накапливаться или экспортироваться за пределы системы. Та часть, которую ассимилировали (потребили) консументы (А), частично тратится на дыхание (R), частично выделяется с экскрементами (NA ), а остальное накапливается в виде вторичной продукции (Р).
Вторичная продукция на каждом последующем трофическом уровне консументов
(Р2 , Р3 и т.д.) составляет около 10 % предыдущей (хотя на уровне хищников может быть
выше — около 20 %). В результате, чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее
концу накоплений в органическом веществе энергии. Поэтому число трофических уровней никогда не бывает слишком большим.
5.4. Экологическая пирамида и ее типы
В экосистеме при передаче энергии с одного трофического уровня на другой большая часть энергии рассеивается в виде тепла (в соответствии со вторым законом термодинамики), и только около 10 % от первоначального количества передается по пищевой
цепи.
В результате, пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид. Различают три основных типа экологических пирамид.
Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение численности организмов
от продуцентов к консументам. Пирамида биомасс показывает изменение биомасс на
каждом следующем трофическом уровне: для наземных экосистем пирамида биомасс
64
сужается кверху, для экосистемы океана — имеет перевернутый характер, что связано с
быстрым потреблением фитопланктона консументами.
Пирамида энергии (продукции) имеет универсальный характер и отражает уменьшение количества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне.
5.5. Биологическая продуктивность экосистемы
Биологическая продукция (продуктивность) экосистемы ― прирост биомассы в
экосистеме, созданной за единицу времени. Различают первичную и вторичную пр одукцию сообщества.
Первичная продукция — биомасса, созданная за единицу времени продуцентами. Она
делится на валовую и чистую. Валовая первичная продукция (общая ассимиляция) — это
общая биомасса, созданная растениями в ходе фотосинтеза. Часть ее расходуется на поддержание жизнедеятельности растений — траты на дыхание (40— 70 %). Оставшаяся
часть составляет чистую первичную продукцию (чистая ассимиляция), которая в дальнейшем используется консументами и редуцентами, или накапливается в экосистеме.
Вторичная продукция — биомасса, созданная за единицу времени консументами.
Она различна для каждого следующего трофического уровня.
Масса организмов определенной группы (продуцентов, консументов, редуцентов)
или сообщества в целом называется биомассой. Самой высокой биомассой и продуктивностью обладают тропические дождевые леса, самой низкой — пустыни и тундры(табл.8).
Если в экосистеме скорость прироста растений (образования перичной продукции)
выше темпов переработки ее консументами и редуцентами, то это ведет к увеличению
биомассы продуцентов. Если при этом присутствует недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения, то происходит накопление мертвого органического вещества. Это ведет к заторфовыванию болот, образованию мощой лесной подстилки и т.п. В
стабильных экосистемах биомасса остается постоянной, так как практически вся пр одукция расходуется в цепях питания.
Таблица 8.
Биологическая продукция (продуктивность) экосистемы
Биомасса разных типов экосистем (Н.Ф. Реймерс)
Тип экосистем
1
Площадь, в
106 км
2
Биомасса растений,
кг/м2
колебания
в среднем
3
4
Мировая величина
биомасса
растений,
в 109 т
5
биомасса
животных, в
106 т
6
65
Влажные тропические леса
17,0
6-80
45
765
330
Тропические сезонно-зеленые леса
7,5
6-80
35
260
90
Вечнозеленые леса
умеренного пояса
5,0
6-200
35
175
50
Листопадные леса
умеренного пояса
7,0
6-60
30
20
110
Тайга
12,0
6-40
20
240
57
Лесокустарниковые
сообщества
8,5
2-20
6
50
40
Саванна
15,0
0,2-15
4
60
220
Лугостепь
9,0
0,2-5
1,6
14
60
Тундра и высокогорье
8,0
0,1-
0.6
5
35
18,0
0,1*
0.7
13
8
24,0
0-0,2
0,02
0,5
0,02
14,0
0,4-12
1
14
6
Болота и марши
2,0
3-50
15
30
20
Озера и водотоки
2,0
0,01
0,02
0.05
10
Материковые экосистемы в целом
149
.
12,3
1837
1005
Открытый океан
332,0
0-0,005
0.003
1,0
800
Зоны апвеллинга
0,4
0,005-0,1
0,02
0,008
4
26,6
0,001-0,04
0,01
0,27
160
0,6
0,04-4
2
1,2
12
1,4
0,01-6
1
1,4
21
Морские экосистемы в целом
361
-
0,01
3,9
997
Общая биомасса
Земли*
510
-
3,6
1841
2002
Пустыни и полупустыни
Сухие пустыни,
скалы, ледники и
т.п.
Культивируемые
земли
Континентальный
шельф
Заросли водорослей
и рифы
Эстуарии
-
* Биомасса организмов толщи литосферы и аэробиосферы несопоставимо мала.
5.6. Циклические изменения в экосистеме
Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.
Циклические изменения — периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.
Суточные циклы связаны с изменением освещенности, температуры, влажности и
других экологических факторов в течение суток и наиболее резко выражены в условиях
66
континентального климата. Суточные ритмы проявляется в изменении состояния и активности живых организмов.
Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее сильно выражена в высоких широтах, где велик контраст зимы и лета. Сезонная изменчивость проявляется не только в изменении состояния и активности, но и
количественно соотношения отдельных видов. На определенный период многи e виды
выключаются из жизни сообщества, впадая в спячку, оцепенение, перекочевывая или улетая в другие районы. Многолетняя изменчивость связана с флуктуациями климата или
другими внешними факторами (степень разлива рек), либо с внутренни ми причинами
(особенности жизненного цикла растений-эдификаторов, повторения массового размножения животных).
5.7. Сукцессии
Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.
Поступательные изменения — изменения в биоценозе, в конечном счете, приводящие
к смене этого сообщества другим.
Сукцессия — последовательная смена биоценозов
(экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. К сукцессиям относятся опустынивание степей, зарастание озер и образование болот и др. В зависимости от причин вызвавших смену биоценоза, сукцессии
делят на природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные. Природные сукцессии
происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека. Антропогенные сукцессии обусловлены деятельностью человека.
Числа в прямоугольниках — колебания в длительности прохождения фаз сукцессии (в
скобках указан срок их окончания). Биомасса и биологическая продуктивность показаны в
произвольном масштабе. (Кривые отражают качественную и количественную стороны процесса.) (Н.Ф. Реймерс, 1990.)
Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменения среды под действием сообщества). Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызваны
внешними причинами (например, изменение климата).
В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия,
различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не
занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т.п.).
Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения
(в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).
67
Биомасса
Рис.2. Сукцессия сибирского темнохвойного леса (пихтово-кедровой тайги) после опустошительного лесного пожара (обобщенная схема)
В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную массу на единицу энергетического потока. Сообщество, находя в равновесии с окружающей средой, называется климаксным.
5.8 Классификация природных экосистем
В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы
и ряд типов природных экосистем — биомов. Биом — совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне (например, в тундре, тайге, степи и т.д.). В основе классификации для наземных экосистем лежит
тип естественной (исходной) растительности, для водных экосистем — гидрологические и
физические особенности (по Ю. Одуму, 1986).
Наземные экосистемы:
1) тундра: арктическая и альпийская;
2) бореальные хвойные леса (тайга);
3) листопадный лес умеренной зоны (широколиственные леса);
4) степь умеренной зоны;
5) чапарраль (районы с дождливой зимой и засушливым летом);
6) тропические злаковники (грасленд) и саванна;
7) пустыня: травянистая и кустарниковая;
8) полувечнозеленый сезонный (листопадный) тропический лес (районы с выраженными влажным и сухим сезонами);
68
9) вечнозеленый тропический дождевой лес.
Пресноводные экосистемы:
1) лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохранилища и др.;
2) лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др.;
3) заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга).
Морские экосистемы:
1) открытый океан (пелагическая экосистема);
2) воды континентального шельфа (прибрежные воды);
3) районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством);
4) эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, лиманы, соленые марши и др.);
5) глубоководные рифтовые зоны.
Помимо основных типов природных экосистем (биомов) различают переходные
типы — экотоны. Например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь,
полупустыни и др.
5.9. Наземные экосистемы
Размещение по земной поверхности основных наземных биомов определяют два
абиотических фактора — температура и количество осадков. Климат в разных районах
земного шара неодинаков. Годовая сумма осадков меняется от 0 до 2500 мм и более. При
этом они выпадают равномерно в течение года или их основная доля приходится на
определенный период — влажный сезон. Среднегодовая температура также варьирует от
отрицательных величин до 38°С. Температуры могут быть практически постоянными в
течение всего года (у экватора) или меняться по сезонам.
Тундры (в северном полушарии к северу от тайги). Климат очень холодный с полярным днем и полярной ночью, среднегодовая температура ниже — 5°С. За несколько
недель короткого лета земля оттаивает не более чем на один метр в глубину. Осадков
менее 200—300 мм в год. Растительность: отсутствуют деревья, господствуют медленно растущие лишайники, мхи, злаки и осоки, стелющиеся или карликовые кустарники
(брусника, черника, карликовая береза). Животный мир: крупные травоядные копытные
(северный олень, мускусный бык), мелкие роющие млекопитающие (лемминги), хищники,
приобретающие зимой маскирующую белую окраску (песец, рысь, горностай, полярная
сова). В тундре коротким летом гнездится большое число перелет ных птиц, среди них
особенно много водоплавающих, которые питаются имеющимися здесь в изобилии
насекомыми и пресноводными беспозвоночными. Почвы тундровые — бедные с малой
мощностью над слоем вечной мерзлоты.
69
Бореальные хвойные леса (тайга) (северные районы Европы, Азии и Северной Америки). Климат: долгая и холодная зима, много осадков выпадает в виде снега. Растительность: господствуют вечнозеленые хвойные леса (ель, пихта, сибирская кедровая сосна, лиственница, сосна) с мощной лесной подстилкой. Животный мир. крупные травоядные копытные (лось, северный олень), мелкие растительноядные млекопитающие (заяцбеляк, белка, грызуны), волк, рысь, лисица, черный медведь, гризли, росомаха, норка и другие хищники, многочисленные кровососущие насекомые во время короткого лета. Множество болот и озер. Почвы подзолистые и дерново-подзолистые — маломощные и бедные.
Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса) (Западная Европа,
Восточная Азия, восток США). Климат сезонный с зимними температурами ниже 0°С,
осадков 750—1500 мм в год. Растительность: господствуют леса из широколиственных
листопадных пород деревьев высотой до 35—45 м (дуб, бук, клен), кустарниковый подлесок, мхи, лишайники, мощная лесная подстилка. Животный мир: млекопитающие (лоси,
медведи, рыси, лисицы, волки, белки, землеройки), птицы (дятлы, дрозды, совы, соколы),
пресмыкающиеся (змеи), земноводные (лягушки, саламандры), рыбы (форель, окунь, сом
и др.). Биота адаптирована к сезонному климату: спячка, миграции, состояние покоя в
зимние месяцы. Почвы бурые лесные. В этих районах человеческая цивилизация получила наибольшее развитие, поэтому большая часть широколиственных лесов заменена
культурными сообществами.
Степи умеренной зоны (в Евразии, центр Северной Америки (прерии), юго-восток
Южной Америки (пампасы), отдельные районы Африки, Австралии, Новой Зеландии
(туссоки)). Климат сезонный, лето от умеренного теплого до жаркого, зимние температуры ниже 0°С, осадков 250—750 мм в год. Растительность: господствуют дерновинные
злаки высотой до 2 м и выше в некоторых прериях Северной Америки или до 50 см,
например, в степях России, с отдельными деревьями и кустарниками на влажных участках. Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие — бизоны, вилорогие
антилопы (Северная Америка), сайгаки, а ранее дикие лошади — тарпан (Евразия), кенгуру
(Австралия), жирафы, зебры, белые носороги, антилопы (Африка); мелкие роющие млекопитающие (суслики, сурки, полевки, кролики), хищники (койоты, львы, леопарды, гепарды,
гиены), разнообразные птицы. Почвы: черноземы — самые плодородные почвы в мире —
и каштановые. Большая часть степей в настоящее время используется под пашню, пастбища, сенокосы и т.д.
Чапарраль (Средиземноморье, южный берег Австралии, в Калифорнии, Мексике и
Грузии). Климат мягкий умеренный, осадков 500— 700 мм, выпадают теплой зимой, лето
70
засушливое. Растительность: деревья (лавр, вечнозеленые дубы) и кустарники с жесткими вечнозелеными листьями. Почвы коричневые и серо-коричневые.
Тропический грасленд и саванны (Центральная и Восточная Африка, Южная Америка, Австралия, значительная часть южной Индии). Климат сухой и жаркий большую
часть года, температура высокая круглый год, осадки, 750—1650 мм в год, распределяются неравномерно по сезонам (влажный и сухой сезоны). Растительность: густая травянистая растительность (злаковые) с редкими листопадными деревьями (баобабы, акации,
пальмы). Животный мир. крупные растительноядные млекопитающие (антилопы, зебры,
жирафы, носороги), хищники (львы, леопарды, гепарды), птицы (африканский страус, грифы).
Много кровососущих насекомых, например, муха цеце. Почвы красные ферраллитные,
красно-бурые и коричнево-красные.
Пустыни травянистая и кустарниковая (некоторые районы Африки, например
Сахара, Ближнего Востока и Центральной Азии, Большой Бассейн и юго-запад США, север Мексики и др.). Климат очень сухой, с жарким днем и холодными ночами, осадков
менее 200—250 мм i в год. Растительность: ксерофитные травы и редкостойный кустарник, кактусы, множество эфемеров, быстро развивающихся после непродолжительных
дождей. Корневые системы у растений обширные, поверхностные, перехватывающие влагу редких осадков или стержневые корни, проникающие в землю до уровня грунтовых
вод (30 м и глубже). Животный мир. разнообразные грызуны, жабы, ящерицы, змеи, другие
пресмыкающиеся, совы, орлы, грифы, мелкие птицы и насекомыe в большом количестве,
верблюды. Почвы светло-бурые, сероземы, такыры.
Полувечнозеленые сезонные (листопадные) тропические леса. Тропическая часть
Азии, Центральная Америка). Климат со сменой сухого (4—6 месяцев) и влажного сезонов, среднегодовое количество осадков 800—1300 мм в год. Растительность: господствуют лесa. Доминируют деревья верхнего яруса, сбрасывающие листья в сухой сезон. Нижний ярус образуют в основном вечнозеленые деревья и кустарники. Из вечнозеленых деревьев этих экосистем наиболее известна пальма. Животный мир: практически так же богат, как вечнозеленых тропических дождевых лесах. Почвы красные ферралитные.
Вечнозеленые тропические дождевые леса (север Южной Америки, Центральная
Америка, западная и центральная части экваториальной Африки, Юго-Восточная Азия,
прибрежные районы северо-запада Австралии, острова Индийского и Тихого океанов).
Климат без смены сезонов в связи с близостью к экватору, среднегодовая температура
выше 17°С (обычно 28°С), среднегодовое количество осадков превышает 2000—2500 мм
в год. Растительность: господствуют леса.
71
Деревья разной высоты образуют густой полог из трех ярусов (верхний ярус, полог
и нижний ярус). Кустарники и травянистая растительность практически отсутствуют.
На стволах и ветвях деревьев развиваются растения-эпифиты, корни которых не достигают почвы, и деревянистые лианы, укореняющиеся в почве и взбирающиеся по деревьям до их вершин. Видовое разнообразие растений огромно. Животный мир: видовой
состав богаче, чем во всех других биомах вместе взятых. Встречаются многочисленные
экзотические насекомые с яркой окраской, земноводные (лягушки), пресмыкающиеся
(ящерицы, змеи, черепаха), птицы (попугаи, павлины, кондор), млекопитающие (обезьяны,
муравьеды, ягуары). Почвы красно-желтые ферраллитные — маломощные и бедные органическим веществом и минеральными элементами питания растений. Большая часть питательных веществ закреплена в биомассе растительности.
5.10. Водные экосистемы
По типу местообитания и образу жизни водные организмы объединяются в следующие экологические группы. Планктон — организмы, в основном пассивно перемещающиеся за счет течения. Различают фитопланктон (одноклеточные водоросли) и зоопланктон (одноклеточные животные, рачки, медузы и др.). Нектон — активно передвигающиеся в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие моллюски, черепахи, китообразные и др.). Бентос — организмы, живущие на дне и в грунте. Его делят на фитобентос (прикрепленные водоросли и высшие растения) и зообентос (ракообразные,
моллюски, морские звезды и др.). Иногда выделяют перифитон — организмы, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или другим выступам над дном водоема.
Распределение организмов в водных экосистемах зависит от степени освещенности.
Выделяют следующие зоны: литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит
до дна), лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез), эвфотическая зона (вся освещенная толща
воды — включает литоральную и лимническую зоны), профундальная зона (дно и толща
воды, куда не проникает солнечный свет).
В проточных водоемах выделяют перекаты (мелководные участки с быстрым течением, дно без ила, встречаются преимущественно прикрепленные формы перифитона и
бентоса) и плесы (глубоководные участки: течение медленное, на дне мягкий илистый
субстрат и роющие животные).
Пресноводные экосистемы делят на три группы:
1) лентические экосистемы;
72
2) лотические экосистемы;
3) заболоченные участки и болота.
Лентические экосистемы (озера, пруды, водохранилища и др.). Литоральная зона
населена двумя группами растений: укрепившиеся дне (камыши, рогозы, кувшинки, прикрепленные водоросли и др.) и плавающие (водоросли, рдесты и др.). Животные в л иторали более разнообразны, чем в других зонах водоема. Встречаются моллюски, коловратки, мшанки, личинки насекомых и др. Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Многие обитающие здесь животные дышат кислородом
атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Зоопланктон представлен
ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.). Лимническая зона. Продуценты представлены фитопланктоном. В водоемах умеренного пояса
«цветение» весной связано с массовым развитием диатомовых, летом — зеленых, осенью
— азотфиксирующих синезеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками. Нектон лимнической зоны — только рыбы.
Профундальная зона около дна представлена бентосными формами — личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями, сапротрофными бактериями и грибами.
Лотические экосистемы (реки, родники, ручьи и др.) отличаются от стоячих водоемов следующими особенностями: 1) наличие течения; 2) более активный обмен между
водой и сушей; 3) более высокое содержание кислорода и более равномерное его распределение; 4) преобладание детритных цепей питания (здесь более 60 % энергии консументы получают от привнесенного материала). Выделяют лотические сообщества пер екатов и плесов. На перекатах поселяются организмы, способные прикрепиться к субстрату (например, нитчатые водоросли) или хорошие пловцы (например, форель). На участках
плеса сообщества напоминают прудовые. В больших реках прослеживается продольная
зональность: в верховьях — сообщества перекатов, в низовьях и дельте — плесов, между
ними местами могут возникать и те и другие. Видовой состав рыб к низовьям обедняется,
но увеличиваются их размеры.
Заболоченные участки и болота бывают низинные (имеют, как правило, питание
подземными водами) и верховые (питаются атмосферными осадками). Верховые могут
встречаться в любом понижении или даже на склонах гор, низинные возникают вследствие зарастания озер и речных стариц. Здесь распространены болотные растения. Болотные почвы и торфяники содержат много углерода. Их сельскохозяйственная отработка приводит к выделению в атмосферу больше го количества углекислого газа.
Морские экосистемы делят на следующие типы: область континентального шельфа; рай-
73
оны апвеллинга; эстуарии, лиманы, устья рек и т.д.; открытый океан; глубоководные
рифтовые зоны.
Область континентального шельфа является самой богатой в фаунистическом отношении. Прибрежная зона очень благоприятна условиям питания, даже в дождевых
тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь.
Районы апвеллинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов.
Здесь наблюдается апвеллинг — подъем холодных вод с глубины океана, так как ветры
перемещают воду от крутого материкового склона, а взамен ей из глубины поднимается
вода, обогащенная биогенными элементами. Эти районы богаты рыбой и птиц ми, живущими на островах.
Эстуарии, лиманы, устья рек, прибрежные бухты и т.д. — прибрежные водоемы,
представляющие собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Это
высокопродуктивные районы, где наблюдается аутвеллинг — привнос биогенных элементов с суши. Они обычно входят в литоральную зону и подвержены приливам и отливам.
Здесь встречаются болотные и морские травы, водоросли, рыба, крабы, креветки, устрицы и
т.д.
Открытый океан беден биогенными элементами. Эти районы можно считать «пустынями» по сравнению с прибрежными водами. Арктические и антарктические зоны более продуктивны, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к х олодным, и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче. Продуцентом выступает
фитопланктон, им питается зоопланктон, а тем в свою очередь нектон. Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной. На глубине в стабильных местообитаниях сохранились виды из далеких геологических эпох.
Глубоководные рифтовые зоны океана находятся на глубине около 3000 м и более.
Условия жизни в экосистемах глубоководных рифтовых зон очень своеобразны. Это полная темнота, огромное давление, пониженная температура воды, недостаток пищевых ресурсов, высокая концентрация сероводорода и ядовитых металлов, встречаются выходы
горячих подземных вод, и т.д. В результате живущие здесь организмы претерпели следующие адаптации: редукция плавательного пузыря у рыб или заполнение его полости жировой тканью, атрофирование органов зрения, развитие органов светосвечения и др.
Живые организмы представлены гигантскими червями (погонофорами ), крупными двустворчатыми моллюсками, креветками, крабами и отдельными видами рыб. Продуцентами выступают сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с моллюсками.
74
5.11. Энергетическая классификация экосистем
В зависимости от источника энергии и степени энергетических субсидий Ю. Одум
(1986) разделил существующие экосистемы на 4 типа.
1. Природные экосистемы, движимые Солнцем и несубсидируемые (например, открытые океаны, глубокие озера, высокогорные леса). Они получают мало энергии и
имеют низкую продуктивность, но при этом занимают основные площади биосферы.
2. Природные экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые другими естественными источниками (например, эстуарии в приливных морях, некоторые дождевые леса, речные экосистемы).
Помимо солнечного света они получают дополнительную энергию в виде дождя, ветра, органических веществ, минеральных элементов и т.д.
3. Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком
(например,
агроэкосистемы, аквакультуры). Дополнительная энергия поставляется в них человеком в виде горючего, органических и минеральных удобрений, пестицидов, стимуляторов роста и т.п. Эти экосистемы производят продукты питания и другие материалы.
Индустриально-городские экосистемы, движимые топливом (например, города, пригороды, промышленные комплексы). Основным источником энергии служит не Солнце, а топливо. Эти экосистемы зависят от экосистем первых трех типов, паразитируют на них, получая продукты питания и топливо.
Антропогенные экосистемы: агроэкосистемы и урбосистемы. К антропогенным экосистемам относятся агроэкосистемы и урбосистемы. Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) - искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища).
Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов (урожая). В них, так же, как в естественных сообществах, имеются продуце нты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т.д.) и
редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек.
Отличия агроценозов от естественных биоценозов:
►незначительное видовое разнообразие (агроценоз состоит из небольшого числа
видов, имеющих высокую численность);
►короткие цепи питания;
►неполный круговорот веществ (часть питательных элементов выносится с урожаем);
►источником энергии является не только Солнце, но и деятельность человека
75
(мелиорация, орошение, применение удобрений);
►искусственный отбор (действие естественного отбора ослаблен отбор осуществляет человек);
►отсутствие саморегуляции (регуляцию осуществляет человек) и. Таким образом,
агроценозы являются неустойчивыми системами способны существовать только при
поддержке человека.
Урбосистемы (урбанистические системы) - искусственные системы (экосистемы),
возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д. В их составе
можно вы делить следующие территории: промышленные зоны, где сосредоточены промышленные объекты различных отраслей хозяйства и являющиеся основными источниками загрязнения окружающей среды; селитебные зоны (жилые или спальные районы) с
жилыми домами, административными зданиями, объектами быта, культуры и т.п.; рекреационные зоны, предназначенные для отдых людей (лесопарки, базы отдыха и т.п.);
транспортные системы и сооружения, пронизывающие всю городскую систему (автомобильные и железные дороги, метрополитен, заправочные станции, гаражи, аэродромы и
т.п.). Существование урбоэкосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.
Тема 6
Человек и Биосфера
Общая характеристика планеты Земля. Атмосфера как часть биосферы. Гидросфера как часть биосферы.
Литосфера как часть биосферы и внутреннее строение Земли. Педосфера (почвенный покров) как часть биосферы. Почва как среда обитания. Биосфера, ее строение и границы. Типы вещества биосферы. Химический состав живого вещества. Свойства живого вещества. Функции живого вещества в биосфере. Свойства биосферы. Типы круговоротов веществ в биосфере. Возникновение жизни и биосферы на Земле. Взгляды В.И. Вернадского о происхождении и сущности жизни и биосферы. Ноосфера как стадия эволюции биосферы. Экологические особенности вида Человек разумный.
6.1. Общая характеристика планеты Земля
Земля — одна из девяти планет Солнечной системы, третья планета от Солнца. Место
планеты Земля в иерархической организации Вселенной: Вселенная → Метагалактика
(скопление галактик) → наша Галактика (галактика Млечного пути) → Солнечная система
→ Земля.
Земля, как и остальные планеты, обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Одновременно она вращается вокруг собственной оси. Основные физические свойства Земли — форма, размеры, масса, плотность, давление и температура.
76
Форма и размеры. По форме Земля представляет собой шар, сплющенный у полюсов (эллипсоид вращения). Длина экваториального радиуса этого шара составляет 6378
км, вертикального — 6357 км, длина окружности Земли по экватору — 40 тыс. км. Истинная геометрическая форма Земли была названа геоидом. Масса Земли составляет 5,98 х 1024
кг. Плотность поверхностных слоев земного шара равна 2,7—3,0 г/см3. С глубиной плотность увеличивается и в центре Земли приближается к 11,3 г/см 3. Средняя плотность Земли
— 5,52 г/см3. Плотность увеличивается с нарастанием давления. Давление с каждым километром возрастает на 27,5 МПа. В центре Земли оно составляет около 300 тыс. МПа.
Температура различна в поверхностных и глубинных слоях. Температура поверхности
Земли определяется притоком энергии Солнца и зависит от географической широты
местности и времени года. Верхняя часть земной коры прогревается на незначительную
глубину, ниже которой располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Ниже этого пояса температура повышается. Расстояние по вертикали, на котором происходит повышение температуры на 1°С, называется
геотермической ступенью. Средняя ее величина равна 33 м. На больших глубинах геотермическая ступень не наблюдается. Температура центра Земли составляет 2000—
3000°С. Земля создает ряд геофизических полей: гравитационное, магнитное, электрическое и тепловое.
Мировой океан занимает 71 % поверхности Земли, суша только 29 %. Суша распределена среди Мирового океана неравномерно. В северном полушарии она занимает
39 % общей площади, а в южном — 19 %. В южном полушарии, в отличие от северного, в
умеренных широтах (50—60°) суши почти нет, зато в полярной области находится материк — Антарктида.
Возникновение и существование на Земле биосферы обусловлены формой и размерами нашей планеты, а также расстоянием ее от Солнца.
Возраст планеты Земля составляет около 4,6 млрд. лет. В течение этого времени на
Земле происходили процессы превращения и перемещения материи, в результате чего
земной шар расчленился на ряд оболочек, или геологических сфер (геосфер). Выделяют
различные сферы Земли: ядро, мантию, земную кору, педосферу, литосферу, атмосферу,
гидросферу, педосферу, биосферу, ноосферу и др. Атмосфера (греч. «атмос» — пар) —
воздушная оболочка Земли. Гидросфера (греч. «гидора» — вода) — водная оболочка
Земли. Литосфера (греч. «литос» — камень) — твердая оболочка земного шара. Педосфера (лат. «педис» — нога, стопа) — оболочка Земли, образуемая почвенным покровом. Биосфера (греч. «биос» — жизнь) — оболочка Земли, преобразованная живыми ор-
77
ганизмами. Ноосфера (греч. «ноо» — разум) — оболочка Земли, преобразованная деятельностью человека.
Слои Земли имеют разный химический состав, что объясняют дифференциацией
первичного вещества планеты. В ходе формирования планеты более тяжелые элементы
(железо, никель и др.) «тонули» и образовали ядро, а относительно легкие (кремний,
алюминий и др.) «всплывали» и сформировали земную кору. Одновременно из расплава выделялись газы, которые образовали атмосферу, и пары воды, которые сформировали гидросферу. В результате на Земле сложились условия благоприятные для развития жизни. Живые организмы сформировали особую оболочку — биосферу. С возникновением человека биосфера вступает в новую стадию развития — ноосферу.
Характеристика геосфер Земли дана в Таблице 1.
Таблица 1.
Основные характеристики геосфер Земли (по Н.Ф. Реймерсу, 1990)
Показатели
Глубина (толщина), км
Объем, 1018м3
Плотность, г/см3
Атмосфера
Гидросфера
1000-3000
Средняя - около
Средняя для
17, континенты в
океана - 3,8
среднем - 35
максимум (до 70), под океа11,022
нами -5-7
средняя -2000
Процент от общей
массы Земли
Мантия
Ядро Земли
До 2900
2900-6370
1320
1,4
10,2
896,6
175,2
У поверхности
Земли 10 -3,
на высоте 750
0,99-1,03
2,7-3,32
3,32-5,68
9,43-17,20
5,15-5,9
1455,8
5x10"
405x10"
188x10"
Около 10 - 6
0,02
0,48
67,2
32,3
км – 10
Масса, 10 21 г
Литосфера
-16
6.2. Атмосфера как часть биосферы
Атмосфера — сплошная воздушная оболочка Земли. Атмосфера окружает Землю до
высоты 3 тыс. км. Она состоит из смеси газов и пылевидных частиц. В сух ом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 %
углекислого газа и около 0,003 % смеси неона, гелия, криптона, ксенона, окси дов азота,
метана, водорода, паров воды и озона (табл. 2). На долю водяного пара приходится до 3 %
объема атмосферы. Большая часть пыли в составе атмосферы поднята с поверхности Земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль.
78
Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо, термо- и экзосферы. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.
Тропосфера (от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора). В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы. Здесь развиваются все погодные
явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Температура тропосферы с
высотой уменьшается и на высоте 10— 12 км достигает минус 55°С.
Стратосфера (до 40 км). Температура постепенно возрастает до 0°С. На высоте
22—24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой). Он поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца.
Мезосфера (до 80 км). Температура падает до минус 60—80°С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний.
Термосфера (до 800 км). Характеризуется ростом температуры. Увеличивается содержание легких газов — водорода и гелия — и заряженных частиц.
Экзосфера (до 1500—2000 (3000) км). Здесь происходит рассеивание (диссипация)
атмосферных газов в космическое пространство.
Таблица 2
Состав атмосферы (Н.Ф. Реймерс, 1990)
Содержание в нижних слоях атмосферы, %
Элементы и газы
По объему
по массе
1
2
3
Азот
Кислород
Аргон
Неон
Гелий
Криптон
Водород
Углекислый газ
Водяной пар: в полярных
Озон: в тропосфере
широтах у экватора
Метан
в стратосфере
Окись азота
Окись углерода
78,084
20,964
0,934
0,0018
0,000524
0,000114
0,00005
0,034
0,2 2,6
0,000001 0,0010,00016
0,0001
0,000001
0,000008
75,5
23,14
1,28
0,0012
0,00007
0,0003
0,000005
0,0466
0,00009
0,0000003
0,0000078
79
6.3. Гидросфера как часть биосферы
Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли. Располагается между атмосферой и литосферой и включает в себя все океаны, моря, озера, реки, а также подземные воды, льды, снега полярных и высокогорных районов. Гидросферу делят на поверхностную и
подземную.
Поверхностная гидросфера — водная оболочка поверхностной части Земли. В ее
состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных
покровов и др. Поверхностная гидросфера покрывает земную поверхность на 70,8 %.
Подземная гидросфера — включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью
земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко
проникает в толщу земной коры.
Таблица 3
Распределение вод на Земле (В.И.Коробкин, Л.В. Передельский, 2000)
Части гидросферы
Мировой океан
Ледники и снега (полярводы
ныеПодземные
и горные области)
Подземные льды в
Площадь распространения, тыс. км2
361 300
16 227
Объем воды, тыс.
Доля от общих микм3
ровых запасов воды, %
1 138 500
96,53
24 064
1,74
134 800
23 400
1,69
21 000
300
0,023
Озера
зоне вечной
мерзлоПочвенная
влага
ты
2 058
176
0,014
82 000
16,5
0,001
Пары атмосферы
510 000
12,9
0,001
Болота
2 682
11,4
0,0007
Речные воды
148 800
2,1
0,0002
По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает
0,13 %. Основную часть гидросферы (96,53 %) составляет Мировой океан (табл.3). На
долю подземных вод приходится 1,69 % от общего объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.
Более 98 % всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и
др., пресных вод — около 2 %. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках,
воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод,
пригодных для водоснабжения, приходится всего лишь 0,3 % объема гидросферы.
80
6.4. Литосфера как часть биосферы и внутреннее строение Земли
Во внутреннем строении Земли выделяют три основных слоя: земную кору, мантию и ядро
(табл.4 ).
Земная кора располагается в среднем до глубины 35 км (до 5— 15 км под океанами и до
35—70 км под континентами). В состав земной коры входят все известные химические элементы.
Преобладают О (49,1 %), Si (26 %), AI (7,4 %), Fe (4,2 %), Са (3,3 %), Na (2,4 %), К (2,4 %), Мg (2,4
%).
Таблица 4
Характеристики оболочек Земли
(Г.В. Войткевич, 1996)
Оболочка
Интервал
глубин, км
Кора
(А)
Мантия
(В) (С) (D)
Ядро
(Е) (F) (G)
Интервал
Доля
плотности,
от объема Земли,
г/см
%
3
0-33
33-400 400-
2,7-3,0
3,32-3,65
1000 1000-
3,65-4,68
2900
2900-5000
4,68-5,69
9,40-11,5
5000-5100
11,5-12,0
5100-6310
12,0-12,3
1,55
16,67 21,31 44,28
15,16
Масса
10 25 г
%
5
62 98
0,8
10,4 16,4
245
41,0
188
31,5
Мантия располагается между земной корой и ядром и распространяется до глубины 2900 км. Здесь преобладают О, Si, Fe, Mg, Ni. Внутри мантии с глубины 50—100 км
под океанами и 100—250 км под континентами начинается слой вещества по состоянию
близкого к плавлению, так называемая астеносфера. Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется литосферой. Литосфера — внешняя
твердая оболочка земного шара. Это относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки — литосферные плиты, которые медленно перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении.
Ядро располагается ниже мантии на глубине от 2900 км до 6371 км. Оно состоит из
Fe и Ni.
Строение земной коры. Земная кора сложена из горных пород, которые, в свою
очередь, состоят из минералов. Минерал — природное тело однородного химического
состава, обладающее во всей своей массе одинаковыми физическими свойствами.
Горные породы — геологические образования, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянными химическим составом и свойствами.
81
По способу образования горные породы делят на магматические, метаморфические
и осадочные.
Магматические породы образуются из жидкого силикатного расплава магмы при
ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от места ее остывания
магматические породы разделяют на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). К магматическим породам относят гранит, габбро, базальт и т.д.
Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород под
влиянием процессов метаморфизма — под действием высоких температур, давлений и
активных флюидов (горячих газов и растворов) в средних слоях литосферы. К метамо рфическим породам относят сланцы, гнейс, мрамор и т.д.
Осадочные породы образуются в поверхностной части земной коры в результате
разрушения, переотложения и преобразования на поверхности Земли и на дне водоемов
ранее существовавших пород. Они делятся на механические (обломочные), химические
(хемогенные) и органические (органогенные). Механические (обломочные) осадочные
породы образуются в результате механического разрушения магматических и метаморфических пород. В зависимости от размера частиц, слагающих породу, выделяют грубообломочные, средне-обломочные (песчаные), пылеватые и глинистые породы. Химические осадочные породы образуются за счет выпадения осадка при перенасыщении растворов. К ним относятся известняк, доломит, каменная соль и т.д. Органические (биохимические) осадочные породы образуются в результате жизнедеятельности организмов. К
ним относятся органогенные известняки, мел, торф, нефть, уголь и т.д.
Доля различных горных пород в земной коре неодинакова. Более 70 % приходится
на магматические породы, около 17 % — на метаморфические и лишь чуть больше 12 %
— на осадочные (табл.5 ).
Земная кора неодинакова по составу, строению и мощности. Различают континентальную, океаническую и промежуточную коры. Континентальная (материковая) кора покрывает третью часть земного шара, она присуща континентам, включая их подводные окраины, имеет толщину 35—70 км и состоит из 3 слоев: осадочного, гранитного и
базальтового. Океаническая кора располагается под океанами, имеет толщину 5—15 км и
состоит из трех слоев: осадочного, базальтового и габбро-серпентинитового. Промежуточная (переходная) кора имеет черты как континентальной, так и океанической коры.
Самыми крупными структурными элементами земной коры являются материки,
включая их подводные окраины, и океаны. Основная их часть принадлежит спокойным
участкам (платформам), меньшая — подвижным участкам (геосинклиналям).
82
Таблица 5
Соотношение горных пород земной коры (Г.В. Войткевич, В.А.
Вронский, 1996)
Название горных пород
Процент от общего объема земной
%
Магматические и метаморфические коры,
породы
Граниты, диориты, эффузивы
20,86
Кристаллические сланцы, гнейсы
16,91
Базальты, габбро, амфиболы
50,34
Осадочные породы
Глины и глинистые сланцы
Пески и песчаники
4,48
3,56
Карбонатные породы
3,57
Прочие породы
0,28
Геосинклинали — обширные подвижные участки земной коры с разнообразными по
интенсивности и направленности тектоническими движениями. В своем развитии геосинклинали проходят два этапа: первый (более продолжительный) характеризуется погружением и морским режимом (при этом формируется океаническая земная кора), второй (менее продолжительный) — интенсивным поднятием и горообразованием (при этом
формируется материковая земная кора). Первый этап связан с расхождением лит осферных плит, второй — с их сближением и столкновением.
Платформы — обширные устойчивые, преимущественно равнинные блоки земной
коры. Платформы бывают материковые и океанические с соответствующим типом земной коры. Материковые платформы имеют нижний ярус — фундамент (образован метаморфическими и магматическими породами) и верхний ярус — осадочный чехол (образован осадочными породами). Различают древние платформы (фундамент образовался
в докембрии) и молодые (фундамент образовался в палеозое). Древние платформы разделены между собой геосинклинальными поясами. Молодые платформы не образуют самостоятельных массивов, а причленяются к древним.
Горы в основном соответствуют геосинклинальным поясам разного возраста, равнины — древним и молодым платформам.
6.5. Педосфера (почвенный покров) как часть биосферы
Педосфера (почвенный покров) — оболочка Земли, образуемая почвенным покровом; верхняя (дневная) часть литосферы на суше. Почва — это поверхностный горизонт
земной коры, образующий небольшой по мощности слой. Она формируется в результате
83
взаимодействия, так называемых факторов почвообразования: климата, организмов, почвообразующих пород, рельефа местности, возраста страны (времени), хозяйственной деятельности человека. Так как эти факторы почвообразования и их сочетания неодинаковы
в различных частях Земли, то и мир почв также отличается широким разнообразием.
Каждая почва отличается особым строением и отражает местные природные условия.
Академик В.И. Вернадский назвал почвы «благородной ржавчиной Земли». Это
тончайшая поверхностная оболочка суши. Верхняя граница почвы — поверхность раздела между почвой и атмосферой, нижняя граница — глубина проникновения почвообразовательных процессов. Мощность (толщина) современных зональных почв около 80— 150
см, с колебаниями от нескольких сантиметров до 2,5—3,0 метра.
Почва является неотъемлемым компонентом наземных биогеоценозов. Она осуществляет сопряжение (взаимодействие) большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. Почва — уникальное по сложности вещественного состава природное образование. Вещество почвы представлено четырьмя физическими фазами: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (организмы). Для почв характерна сложная пространственная организация и дифференциация признаков, свойств и процессов.
Важнейшее свойство почв — плодородие — способность почв удовлетворять потребность растений в элементах питания и воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством тепла и воздуха для нормальной деятельности и создания урожая.
Природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных
пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием факторов почв ообразования называется почвообразовательным процессом, или почвообразованием.
Он представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и
энергии в почвенной толще. Наиболее существенные слагаемые почвообразовательного
процесса следующие:
1) превращение (трансформация) минералов горной породы, из которой образуется
сама почва, а в дальнейшем и самой почвы;
2) накопление органических остатков и их постепенная трансформация;
3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной
системы органо-минеральных соединений;
4) накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов,
прежде всего элементов питания;
5) передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы.
84
Тип почвы — группа почв, развивающихся в однотипно -сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и харак теризующихся ярким
проявлением основного процесса почвообра зования при возможном сочетании с
другими процессами.
Почвенный покров Земли составляют в основном следующие по чвы: арктические, тундровые, подзолистые, дерновые, дерново-подзолистые, мерзлотнотаежные, бурые лесные, серые лесные, черноземные, каштановые, бурые полупустынные, сероземы, желтоземы, красноземы, коричневые, серо-коричневые, ферралитные, латеритные, а также со лончаки, солонцы, солоди, болотные, пойменные,
песчаные и горные почвы и др.
Морфологические признаки почв. Почвы обладают внешними, так называемыми морфологическими признаками, по которым их можно отличить от горной
породы или одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении
и степени выраженности почвообразовательного процесса. Главные морфологические признаки почвы: строение почвенного профиля, мощность почвы и ее о тдельных горизонтов, окраска, структура, гранулометрический состав, сло жение,
новообразования и включения.
Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами назыв ается строением
почвы. Совокупность генетических горизонтов образует почвенный профиль —
определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов почвы.
Генетические почвенные горизонты — это однородные, обычно параллельные
поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различа ющиеся
между собой по морфологическим признакам. Каждому почвенному типу свой ственно свое сочетание горизонтов.
Поверхностные горизонты.
Горизонт А о — лесная подстилка или степной войлок. Представляет собой
опад растений на различных стадиях разложения — от свежего до полностью разложившегося. Это самая верхняя часть почвенного профиля. Встречается только
в естественных почвах.
Горизонт А — гумусовый горизонт. Чаще всего наиболее темно -окрашенный
горизонт в верхней части почвенного профиля, в кото ром происходит накопление органического вещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной
частью почвы. Цвет этого горизон та варьируется от черного, бурого, коричнев ого до светло-серого, что зависит от состава и количества гумуса. Мощность гум усового горизонта колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м и б олее.
85
Горизонт Т — торфяный горизонт. Содержание органического ве щества —
более 70 % со степенью разложенности менее 50 %. По верхностный органогенный горизонт с содержанием органического вещества от 30 до 70 %, состоящий
из разложенных органических остатков (степень разложения — больше 50 %) и
гумуса с примесью минеральных компонентов, называют перегнойным горизо нтом.
Горизонт Ад — дерновый. Горизонт, в котором живых корней растений более 50 %.
Горизонт Ап или Апах — пахотный. Горизонт, измененный продолжительной сельскохозяйственной обработкой, сформированный из различных почвенных горизонтов на
глубину вспашки — обычно 25—30 см. Встречается только в пахотных почвах.
Горизонт А, — минеральный гумусово-аккумулятивный. Встречается в почвах, где
происходит разрушение алюмосиликатов и образование подвижных органо-минеральных
веществ. Верхний темноокрашенный горизонт, содержащий наибольшее количество органического вещества.
Подповерхностные горизонты.
Горизонт А2 — элювиальный (подзолистый или осолоделый). Формируется под влиянием кислотного или щелочного разрушения минеральной части. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом и другими
соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания их в нижележащие слои и
относительно обогащенный остаточным кремнеземом.
Горизонт В — переходный или иллювиальный. В первом случае (черноземный тип
почвообразования) в этом горизонте не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей
породе, характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса, разложения первичных минералов. Во втором случае (подзолистый тип почвообразования)
горизонт В располагается под элювиальным горизонтом и представляет собой бурый,
охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненный и утяжеленный, хорошо оструктуренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа, алюминия и других коллоидных веществ за счет вмывания их из вышележащих горизонтов.
Горизонт G — глеевый. Характерен для почв с постоянно избыточным увлажнением
(болотных, тундровых, аллювиальных и др.), которое вызывает восстановительные процессы в почве и придает горизонту характерные черты — сизую, серовато-голубую или грязно-зеленую окраску, наличие ржавых и охристых пятен, слитость, вязкость и т.д.
86
Подпочвенные горизонты.
Горизонт С — материнская (почвообразующая) горная порода. Из этой породы
сформировалась данная почва. На этой глубине порода уже не затронута специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т.д.).
Горизонт Д — подстилающая горная порода. Эта порода залегает ниже материнской
(почвообразующей) и отличается от нее по своим свойствам (главным образом по литологии). Встречается только в случае перекрывания горных пород.
6.6. Почва как среда обитания
Наиболее важными с экологической точки зрения свойствами и признаками почв
являются следующие: мощность почвы, гранулометрический состав, структура, сложение, плотность, содержание гумуса, влажность, состав почвенного раствора, кислотность,
буферность и др.
Мощность почвы — толщина ее от поверхности вглубь до слабо затронутой почвообразовательными процессами материнской породы.
Гранулометрический состав — относительное содержание в почве твердых частиц
(механических элементов) разной величины. По гранулометрическому составу почва может быть: песчаная (рыхло-песчаная, связно-песчаная), супесчаная, суглинистая (легкосуглинистая, среднесуглинистая, тяжелосуглинистая), глинистая (легкоглинистая, среднеглинистая, тяжелоглинистая).
Структура почвы — взаимное расположение структурных отдельностей (агрегатов) определенной формы и размеров. Агрегаты состоят из соединенных между собой
частиц (механических элементов). Почва может быть структурной и бесструктурной.
Сложение — взаимное расположение и соотношение структурных отдельностей и
пор в почве. Это внешнее выражение плотности и пористости почвы. По плотности
почвы делят на: очень плотные, плотные, рыхлые, рассыпчатые. Пористость характеризуется формой и размерами пор внутри структурных отдельностей или между ними. В
зависимости от размера и расположения пор внутри структурных отдельностей различают следующие типы сложения: тонкопористое, пористое, губчатое, ноздреватое (дырчатое), ячеистое, трубчатое. При расположении пор между структурными отдельностями в
сухом состоянии различают следующие типы сложения: тонкотрещиноватое, трещиноватое, щелеватое.
Органическое вещество почвы состоит из растительных и животных остатков, не
утративших анатомического строения, (5—10 % общего содержания органического ве87
щества) и гумуса. Гумус — основная часть органического вещества почвы, полностью
утратившая черты анатомического строения. Гумус делится на 2 большие группы веществ: неспецифические органические соединения (единицы процентов общего содержания органического вещества) — углеводы, аминокислоты, белки, органические кислоты
и др. и специфические органические соединения (80—90 % общего содержания органического вещества) — фульвокислоты, гуминовые кислоты, гумин и др. Почвы разных типов и различных уровней окультуренности существенно отличаются по количеству и
качеству органического вещества.
Влажность почвы — содержание влаги в процентах к массе сухой почвы. Вода может
находиться в почве в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном
(пар), и может быть доступна живым организмам и недоступна. Влажность не является устойчивым признаком почвы. Она зависит от многих факторов: метеорологических условий,
уровня грунтовых вод, гранулометрического состава почвы, характера растительности и т.д.
Почвенный раствор — находящаяся в почве влага, содержащая в растворенном состоянии органические и минеральные вещества и газы. По составу и концентрации почвенного
раствора почвы делят на незасоленные (концентрация почвенного раствора невелика и сухой
остаток водной вытяжки не превышает 0,25 %) и засоленные (высокая концентрация почвенного раствора и сухой остаток водной вытяжки превышает 0,25 %).
Кислотность почв — способность почвы подкислять почвенный раствор, вследствие
наличия в составе почвы кислот (актуальная кислотность), а также обменных катионов водорода, алюминия и некоторых других металлов (потенциальная кислотность). Щелочность
почв — способность почвы подщелачивать почвенный раствор, вследствие наличия в составе почвы гидролитически щелочных солей (актуальная щелочность), а также обменного
натрия (потенциальная щелочность). Буферность почв — способность почвы противостоять
изменению концентрации почвенного раствора, а следовательно, и щелочно-кислотного состояния, окислительно-восстановительного состояния и др.
Экологические функции почв
Почва является неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в
целом. При этом она выполняет ряд экологических функций, в т.ч. глобальных биосферных,
обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле. Экологические функций почвы можно разделить на две большие группы: экосистемные
(биогеоценотические) функции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова. Почва, будучи составной мастью любого наземного биогеоценоза, выполняет ряд биогеоценогических функций (см. рисунок). Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций.
88
Биосферные функции почвенного покрова следующие: 1) среда обитания, аккумулятор
и источник вещества и энергии для организмов суши;
ПОЧВЫ
Категории и типы биогеоценотических функций почвы
Физические
Химические
и физикохимические
Информационные
Жизненное
пространство
Источник
элементов питания
Сигнал для
ряда сезонных и
других биологических процессов
Жилище и
убежище
Стимулятор и
ингибитор биохимических и других
процессов
Регуляция
численности, состава и структуры биоценозов
Механическая опора
Депо влаги,
элементов питания и
энергии
Пусковой механизм некоторых
сукцессии
Буферный и
защитный биогеоценотический экран
Депо семян
и других зачатков
Сорбция веществ и микроорганизмов
«Память»
биогеоценоза
Условие существования и эволюции организмов
Целостные
Аккумуляция
и трансформация вещества и энергии
Санитарная
функция
Почвенное плодородие
Рис. 1 . Экосистемные (биогеоценотические) функции почвы (Добровольский, Никитин, 1990)
2) сопряжение большого геологического и малого биологическо го круговоротов
веществ на земной поверхности;
3) регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;
4) защитный барьер биосферы;
5) обеспечение существования жизни на Земле.
Кроме экологических функций по отношению непосредственно к человеку почва
осуществляет еще одну функцию — сельскохозяйственную. Она является главным средством сельскохозяйственного производства. В основе и экологических, и сельскохозяй89
ственных функций почвы лежит ее важнейшее свойство — плодородие. Следствием снижения почвенного плодородия в результате различных деградационных процессов является падение продуктивности естественных и агрокультурных ландшафтов. Это создает
угрозу продовольственной безопасности человечества.
6.7. Биосфера, ее строение и границы
Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав,
структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.
Термин «биосфера» впервые применил Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую
пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «Лик Земли».
Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому,
так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической
(биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания. Большое влияние на
В.И. Вернадского оказали работы В.В. Докучаева о почве как о естественноисторическом теле. Основы учения о биосфере, изложенные В.И. Вернадским в 1926 г. в
книге «Биосфера» и разрабатывавшиеся им до конца жизни, сохраняют свое значение в
современной науке.
Биосфера имеет определенные границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы,
верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы в большой степени
условны.
Биосферу как место современного обитания организмов вмес те с самими организмами можно разделить на три подсферы:
геобиосфера — верхняя часть литосферы, населенная геобионтами; гидробиосфера
— гидросфера без подземных вод, населенная гидробионтами; аэробиосфера — нижняя
часть атмосферы, населенная аэробионтами.
Геобиосфера состоит из террабиосферы (с террабионтами) — поверхность суши, и
литобиосферы (с литобионтами) — глубокие слои земной коры. Террабиосфера разделяется на фитосферу — пространство от поверхности земли до верхушек деревьев (0—150
м), и педосферу (с педобионтами) — почвенный покров (до 2—3 м), нередко сюда включают всю кору выветривания. Литобиосфера (до 2—3 максимум до 6 км) включает гипотеррабиосферу (подтеррабиосферу) — слой, где возможна жизнь аэробов (до 1 — 1,5
км), ее нижняя граница совпадают с нижней границей подземной тропосферы (почвенным и подпочвенным воздухом) и теллуробиосферу (глубинобиосферу) — слой, где возможно обитание анаэробов (до 2—3, максимум до 6 км). Живые организмы в толще ли90
тобиосферы обитают в основном в порах горных пород, заполненных подземными водами.
Гидробиосфера включает маринобиосферу или океанобиосферу (с маринобионтами) — моря и океаны и аквабиосферу (с аквабионтами) — континентальные, главным образом, пресные воды, которая в свою очередь разделяется на лиманоаквабиосферу — стоячие континентальные воды и реоаквабиосферу — проточные континентальные воды.
Кроме того, гидробиосфера делится на слои связанные, главным образом, с интенсивностью света: фото(био)сферу — относительно ярко освещенный слой (до 150—200 м),
дисфото(био)сферу — всегда сумеречный слой — проникает до 1 % солнечной инсоляции (от 200 м до 1,5—2 км), афото(био)сферу — слой абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез (глубже 1,5—2 км).
Аэробиосфера состоит из тропобиосферы (с тропобионтами) — слой от вершин
деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков (до 5—6 км), постоянно населенный живыми организмами, более тонкий, чем атмосферная тропосфера, и
стратобиосферы (со стратобионтами), или алыпобиосферы (с альтобионтами), — слой
(от 5—6 до 6—7 км), где могут постоянно существовать микроорганизмы, главным образом в виде спор.
Лимитирующим фактором развития жизни в аэробиосфере служит наличие капель
воды и положительных температур, а также твердых аэрозолей, поднимающихся с поверхности земли. На больших высотах в горах (около 6 км) расположена высотная
часть террабиосферы — эоловая зона. Здесь уже невозможна жизнь высших растений и
вообще организмов-продуцентов, но ветры приносят сюда с более низких вертикальных
поясов органическое вещество и при отрицательных температурах воздуха еще достаточно тепла от прямой солнечной инсоляции для существования жизни. Это царство членистоногих и некоторых микроорганизмов — эолобионтов. Еще одним лимитирующим
фактором проникновения жизни вверх является жесткое космическое излучение. На высоте 22—24 км от поверхности Земли наблюдается максимальная концентрация озона —
озоновый экран. Озон образуется из кислорода воздуха под действием солнечной радиации (О2 → О3). Озоновый экран отражает губительные для живых организмов космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи.
Выше аэробиосферы расположена парабиосфера — слой (между 6—7 и 60—80
км), куда жизнь проникает лишь случайно и не часто, где организмы могут временно с уществовать, но не могут нормально жить и размножаться. Еще выше расположена апобиосфера, или «надбиосфера» (выше 60—80 км), куда никогда даже случайно не подни-
91
маются живые организмы, но в незначительном количестве заносятся биогенные вещества (ее верхняя граница трудноуловима).
Жизнь в океанах достигает их дна. Живые организмы встречаются даже на глубине
более 11 км, где температура воды около 200°С, но из-за высокого давления вода не кипит. Ниже, в базальтах, жизнь едва ли возможна.
Проникновение жизни в глубь литосферы ограничено высокими температурами
земных недр и наличием жидкой влаги. В глубинах литосферы есть два теоретических
предела распространения жизни — изотерма 100°С, ниже которой при нормальном атмосферном давлении вода кипит, а белки свертываются, и изотерма 460°С, где при любом
давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна (глубина 25 км).
Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Нижняя граница
жизни по литосфере фактически не опускается глубже 3—4, максимум 6—7 км на суше, и
не более 1—2 км ниже дна океана.
Ниже геобиосферы расположена гипобиосфера («подбиосфера» — аналог парабиосферы в атмосфере) — слой, куда жизнь проникает лишь случайно и может здесь
временно существовать, но не жить и размножаться. Еще ниже залегает метабиосфера
— слой биогенных (преобразованных жизнью) пород, в котором ныне живые организмы
не присутствуют (до 10—15 км). Образно выражаясь, это «следы былых биосфер». В ее
нижней части процессы метаморфизма горных пород стирают признаки жизни. Под метабиосферой расположена абиосфера («небиосфера») — слои литосферы, не испытывающие сейчас и никогда ранее не подвергавшиеся влиянию живых организмов
(глубже 10—15 км).
Кроме того, разделяют такие понятия как эубиосфера, мегабиосфера и панбиосфера. Эубиосфера (собственно биосфера) — слой между верхней границей гипобиосферы
и нижней границей парабиосферы. Это область наиболее активной современной жизни.
Мегабиосфера — эубиосфера вместе с гипобиосферой и метабиосферой вглубь, и до
озонового экрана вверх, т.е. область нынешнего и прошлого воздействия жизни на природу Земли. Панбиосфера — мегабиосфера с артебиосферой (пространством человеческой экспансии в околоземной Космос). Это оболочка Земли, преобразованная нынешней и прошлой жизнью и человеческой деятельностью. Вертикальная мощность
эубиосферы в океанической области Земли достигает более 17 км, в сухопутной — 12 км.
Мощность мегабиосферы — 33—35 км.
92
6.8. Типы вещества биосферы
В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с
организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически
взаимосвязанных типов веществ.
1. Живое вещество — живые организмы, населяющие нашу планету.
2. Косное вещество — неживые тела, образующиеся в результате процессов, не
связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы).
3. Биогенное вещество — неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а
также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.).
4. Биокосное вещество — биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора
выветривания и др.).
5.Радиоактивное вещество — атомы радиоактивных элементов (например, уран
(238U, 235U), торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn, 220Rn), калий (40К), рубидий (87Rb), кальций
(48Са), цирконий (96Zr), тритий (3Н), бериллий (7Ве, 10Ве) и углерод (иС) и др
6.Рассеянные атомы — отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в
рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Co, Zn, Си, Аи, Нд и др.)
7. Вещество космического происхождения — вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).
Классификация вещества биосферы, предложенная Вернадским, с логической точки
зрения не является безупречной, так как выделенные категории вещества частично перекрывают друг друга. Так, вещество космического происхождения одновременно является и косным. Атомы многих элементов являются и радиоактивными и рассеянными одновременно. При
этом и атомы радиоактивных элементов, и рассеянные атомы могут входить в состав как живого,
так и косного вещества. «Биокосное вещество», то его нельзя рассматривать в качестве особого
типа вещества, поскольку оно состоит из двух веществ — живого и косного. По своему характеру это не вещество, а динамическая система, что. подчеркивает и сам Вернадский.
Классификацию типов вещества в биосфере В.И. Вернадский строил по нескольким параметрам:
а)
по характеру самого вещества (живое или косное);
б)
по характеру исходного вещества (выделяются биогенное вещество и косное ве-
щество, в образовании которого жизнь не участвует);
93
в)
по признаку радиоактивности (выделяется вещество, находящееся в радиоактив-
ном распаде);
г)
по степени дисперсности молекулярной структуры (выделяется вещество, пред-
ставленное рассеянными атомами);
д)
по признаку земного или внеземного происхождения (выделяется вещество
космического происхождения).
А.В. Лапо классифицировал вещество биосферы следующим образом. В качестве классификационных он выбрал три основных параметра: а) характер вещества: живое или неживое; б)
градации по исходному материалу: образовавшееся из живого вещества — биогенное и образовавшееся из неживого вещества — абиогенное; в) признак земного или внеземного происхождения. Радиоактивность и степень дисперсности молекулярной структуры в качестве параметров
он не учитывал.
Таблица 6
Типы вещества биосферы Земли (А.В. Лапо, 1979)
Характер
Градации
по исходному
материалу
Живое
Неживое
биогенное
Типы вещества
земного происхож-
Типы вещества
внеземного
дения
происхождения
Живое вещество.
Синонимы: БИОС, биота
Неизвестно
абиогенное
Неизвестно
Неизвестно
биогенное
Биогенное
вещество:
Неизвестно
а) необиогенное;
б) палеобиогенное.
Синоним: органоГенное вещество
абиогенное
Абиогенное вещество земного происхождения.
Синоним:косное
вещество
Абиогенное вещество
внеземного происхождения.
Синоним: вещество
космического происхождения
6.9. Химический состав живого вещества
Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный)состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих
в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.
Атомный состав. По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы (табл. 7).
94
Таблица 7.
Средний состав живого вещества (% от сырой массы)
МАКРОЭЛЕМЕНТЫ
(n∙ 10 -3 ― n ∙ 10)
А. Воздушные мигранты
О — 70
С — 18
(98,8%)
Н – 10,5
N - 3 ∙ 10 - 1
Б. Водные мигранты (1,2%)
Мg — 4 ∙ 10 -2
Na — 2 ∙ 10-2
К —3 ∙ 10 - 1
Р — 7 ∙ 10 - 2
CI — 2 ∙ 10 - 2
Si — 2 ∙ 10 - 1
S — 5 ∙ 10 - 2
Fe—1 ∙ 10 - 2
Са — 5 ∙ 10
-1
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (водные мигранты) (n ∙ 10 - 3 - n ∙ 10- 5)
-3 3
10"
AI — 5 ∙ 10
Ва — 3 ∙ 10 - 3
Sr — 2 ∙ 10 – 3
М n — 1 ∙ 10 В — 1 ∙ 10 - 3
3
Тг — n ∙ 10 - 3
Ti — 8 ∙ 10 – 4
F
― 5 ∙ 10 - 4
44 3
4
―
Se — < 10 - 6
Ra — n • 10 - 12
Обнаружены
Zn — 5 ∙ 10 - 4
Rb — 5 ∙ 10 - 4
Сu — 2 ∙ 10 - 4
V — n ∙ 10 - 4
Сг — n ∙ 10 - 4
Вг — 1,5 ∙ 10 - 4
Ge — n ∙ 10 - 4
Ni — 5 ∙ 10 - 4
УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ
РЬ — 5 ∙ 10 - 5
Sn — 5 ∙ 10 - 5
As — 3 ∙ 10 - 5
Со — 2 ∙ 10 - 5
Li — 1 ∙ 10 - 5
Мо — 1 ∙ 10 - 5
Cs —ок. 1 ∙ 10 - 5
U — < 10 - 6
Нg — n∙ 10 - 7
в организмах, но нет данных о среднем содержании
Не, Be, Ne, Ar. Sc Ga, Kr, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag. Cd, In, Sb, Те Bi, Th
I, Хе, Та, W, Аи, TI,
He обнаружены с достоверностью в организмах
Ru, Hf, Re, Os,
Ga, Ir, Po, Ac, Tc, At, Fr (последние три не обнаружены в земной коре)
1. Макроэлементы — Н, О, С, N (в сумме около 98—99 %, их еще называют основные), Са, CI, К, S, P, Mg, Na, Fe, Si (в сумме около 1—2 %).
Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.
2. Микроэлементы — Mn, Co, Zn, Сu, В, I и др. Их суммарное содержание в организме составляет порядка 0,1 %.
3. Ультрамикроэлементы — Аu, Hg, Se и др. Их содержание в организме очень
незначительно, а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.
Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни (табл.8).
Таблица 8.
Биогенные элементы и их роль в живых организмах
Элемент
Углерод
Водород
Кислород
Азот
Фтор
Бор
Символ
С
Н
О
N
F
В
Роль в клетке
Входит в состав органических веществ
Входят в состав воды и органических веществ
Входят в состав воды и органических веществ
Входят в состав белков и нуклеиновых кислот
Входит в состав эмали зубов
Необходим некоторым растениям
95
Натрий
Магний
Фосфор
Сера
Na
Mg
Р
S
Главный внеклеточный положительный ион
Активизирует работу многих ферментов; входит в состав хлорофилла
Входит в состав костной ткани, нуклеиновых кислот
Входит в состав белков и многих других биологических веществ
Хлор
Cl
Хлорид-ион - преобладающий отрицательный ион в организме
Калий
К
Кальций
Ca
Марганец
Mn
Преобладающий положительный ион внутри клетки
Основной компонент костей и зубов; активизирует сокращение мышечных волокон
Необходим организмам в следовых количествах (входит в состав некоторых ферментов)
Железо
Fe
Входит в состав многих органических веществ (гемоглобин, цитохромы)
Кобальт
Co
Медь
Cu
Цинк
Zn
Йод
J
Входит в состав витамина В1:
Необходим организмам в следовых количествах входит в состав некоторых
ферментов)
Необходим организмам в следовых количествах входит в состав некоторых
ферментов)
Входит в состав гормона щитовидной железы - тироксина
Молекулярный состав. Химические элементы входят в состав живого вещества в виде
ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества
в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды,
белки и нуклеиновые кислоты (табл. 9).
Таблица 9
Содержание химических соединений в живых организмах
Соединение
1
2
3
4
5
6
7
% от сырой массы
Вода
Белки
Жиры
Углеводы
Нуклеиновые кислоты
Низкомолекулярные органические
соединения
75-85
10-15
1-5
0,2 – 2,0
1-2
0,1 - 0,5
Неорганические соединения
1,0 - 1,5
Масса живого вещества составляет лишь 0,01 % массы всей биосферы. Тем не менее
живое вещество биосферы — это главнейший ее компонент.
Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству
и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями.
Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосн овения земных оболочек: атмосферы и литосферы поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидроросферы и литосферы (дно океана), и особенно на
96
границе трех оболочек — атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны), Эти
места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал пленками жизни». Вверх
и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.
В настоящее время по видовому составу на Земле преобладают животные (более 2
млн. видов) над растениями (0,5 млн. видов). В то же время, запасы фитомассы соста вляют 99 % запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана (Таблица 10). На суше биомасса и количество видов организмов в целом
увеличивается от полюсов к экватору.
Таблица 10
Масса живого вещества на Земле (по Н.И. Базелевич с соавт., 1971)
Среда
Группа организмов
Суша
более
2,0
млн.
видов)
над растениОкеаны
ями
(0,5
млн.). В то
же
время,
запасы
фи-
томассы
со-
ставляют
Зеленые растения. Животные и микроорганизмы.
Итого
Зеленые растения. Животные и микроорганизмы.
Итого
Биомасса организмов Земли
Масса, 1012т
Соотношение, %
2,40
99,8
0,02
0,8
2,42
100,0
0,0002
6,3
0,0030
93,7
0,0032
2,4232
100,0
-
6.10. Свойства живого вещества
99% Живое
запасоввещество биосферы обладает уникальными особенностями, обусловливающими
его
крайне
высокую преобразующую деятельность (по Н.А. Воронкову, 1997).
живой
биомассы
Земли. быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. В.И. Вернадский
Способность
Биомасса
назвал
это всюдностью жизни. Данное свойство дало основание В.И, Вернадскому сделать
суши вчто
1000
вывод,
для определенных геологических периодов количество живого вещества. было
раз
превы-
примерно постоянным (константой). Способность быстрого освоения пространства связана
шает
био-
массу
океа-
как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы
освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов,
на.
На суше
сдерживающих их потенциальные возможности размножения), так и со способностью оргабиомасса
и
низмов
интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ.
количество
Например,
площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8—10 га и более.
видов оргаТоже
относится
низмов
в це- к корневым системам.
лом
увели-
чивается
от
полюсов
к
97
Движение не только пассивное, но и активное, т.е. не только под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п., но и против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков и т.п.
3.Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ). Благодаря саморегуляции живые организмы способны поддерживать постоянный химический состав и условия внутренней среды, несмотря на значительные изменения условий внешней среды. После смерти эта способность утрачивается, а органические
остатки очень быстро разрушаются. Образовавшиеся органические и неорганические вещества включаются в круговороты.
Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с
этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий. Например, некоторые организмы переносят температуры, близкие к значениям абсолютного нуля —273°С,
микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурами до 140°С, в водах
атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т.п.
Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько порядков значительнее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых
насекомых потребляют за день количество пищи, которое в 100—200 раз больше веса их тела. Дождевые черви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего человечества) за
150—200 лет пропускают через свои организмы весь однометровый слой почвы. По представлениям В.И. Вернадского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на
95—99 % переработаны живыми организмами.
6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши — 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например, планктон), — 33 дня. В результате высокой
скорости обновления живого вещества за всю историю существования жизни общая масса
живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли.
Только небольшая часть его (доли процента) законсервирована в виде органических остатков
(по выражению В.И. Вернадского, ушла в геологию), остальная же включилась в процессы
круговорота.
Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. По В.И. Верткому, по энергетической насыщенности с
живым веществом могут соперничать только лава, образующаяся при извержении вулкана.
98
6.11. Функции живого вещества в биосфере
Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества.
1. Энергетическая (биохимическая) — связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими
процессами жизнедеятельности организмов. Основной источник биогеохимической активности организмов — солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы.
Газовая — способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды
обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а
затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические
остатки, известняки и т.п.). В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего двуокиси, в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03 %. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, образованию
озона и другим процессам. С газовой функцией живого вещества связаны два переломных
периода (точки) в развитии биосферы.
Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление
первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород).
С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10 % от современной
(вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя
в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до
этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).
Концентрационная — «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них (в большей степени, чем в окружающей среде) атомов биогенных химических элементов. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот
вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов
(прежде всего биогенных — С, Н, О, N, P, S, Fe, Mg, Ca, Na, К, Mo, Mn, Cu, Zn и др.). В ходе
биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили через живое вещество бесчисленное число раз. Так, например, весь кислород атмосферы оборачива99
ется через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ - за 200 (300) лет, а вся вода биосферы
- за2 млн. лет. Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы, например, железобактерии накапливают железо; простейшие фораминиферы, а также многие моллюски и кишечнополостные — кальций; хвощи, диатомовые водоросли, радиолярии и др. — кремний; губки — йод; асцидии — ванадий, и т.д. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических
элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре.
Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в
окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества — образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.
4. Окислительно-восстановительная — окисление и восстановление различных веществ
с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная
миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Сг, S, P, N, W), создаются
их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование
сероводорода и т.п.
5. Деструктивная — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в
том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ.
Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) — сапротрофные грибы и бактерии.
6. Транспортная — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения
организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при
миграциях и кочевке животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например в местах скопления (птичьи базары и
другие колониальные поселения).
7. Средообразующая — преобразование физико-химических параметров среды. Эта
функция является в значительной мере интегральной — представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом
сообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна сред обитания, и более
локальные структуры. К средообразующим свойствам растительного покрова относятся: создание микроклимата, очистка воздуха и вод от загрязняющих веществ, усиление питания
грунтовых вод, защита почв от эрозии и т.п.
8. Рассеивающая — функция, противоположная концентрационной - рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскремен100
тов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.
9. Информационная — накопление живыми организмами определенной информации,
закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.
10. Биогеохимическая деятельность человека — превращение и перемещение веществ
биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода — нефти, угля, газа и др.
Таким образом, биосферу можно также определить как сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ
между живым веществом и окружающей средой.
6.12. Свойства биосферы
Биосфера обладает рядом свойств.
Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Она достигается круговоротом вещества и энергии. Изменение одного компонента неизбежно приводит к изменению других и биосферы в целом. При
этом биосфера — не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование,
обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое. Биосфера — система
с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном
счете, обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости. На понимании целостности биосферы основывается теория и практика рационального природопользования.
Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, дать прогноз результатам воздействия человека на природу.
Централизованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы
(живое вещество). Это свойство, к сожалению, часто недооценивается человеком и в центр
биосферы ставится только один вид — человек (идеи антропоцентризма).
Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения, создаваемые внешними и внутренними воздействиями, включением определенных механизмов. Гомеостатические механизмы биосферы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями. Биосфера за свою историю
пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам
(извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения и т.п.). Гомеостатические механизмы биосферы подчинены принципу Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил,
101
выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.
Ритмичность. Биосфера проявляет ритмичность развития — повторяемость во времени
тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные
из них — суточный, годовой, внутривековые и сверхвековые. Суточный ритм проявляется в
изменении температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях
приливов и отливов, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, поведении животных. Годовая ритмика — это смена времен года, изменения в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонность в хозяйственной деятельности человека.
Суточная ритмика, как известно, обусловлена вращением Земли вокруг оси, годовая — движением Земли по орбите вокруг Солнца. Разные экосистемы обладают различной суточной и
годовой ритмикой. Годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень слабо
— в экваториальном. Наблюдаются и более продолжительные ритмы (11, 22—23, 80—90 лет
и др.). Ритмические явления не повторяют полностью в конце ритма того состояния природы, которое было в его начале. Именно этим и объясняется направленное развитие природных процессов.
Круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера — открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на
Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов
химических элементов. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы
исчерпан основной «строительный материал» живого — углерод.
Горизонтальная зональность и высотная поясность. Общебиосферной закономерностью является горизонтальная зональность - закономерное изменение природной среды по
направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством
поступающего на разные широты тепла в связи с шарообразной формой Земли. Зональны
климат, воды суши и океана, процессы выветривания, некоторые формы рельефа, образующиеся под влиянием внешних сил (поверхностных вод, ветра, ледников), растительность,
почвы, животный мир.
Наиболее крупные зональные подразделения — географические пояса. Они отличаются
друг от друга температурными условиями, а также общими особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительного покрова и животного мира. На суше выделяются следующие географические пояса: экваториальный и в каждом полушарии субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, а также в Северном полушарии субарктический и
арктический, а в Южном — субантарктический и антарктический. Аналогичные по названию
102
пояса выявлены и в Мировом океане. Географические пояса протягиваются преимущественно в широтном направлении. Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобладающему в них типу растительности. Так, например, в субарктическом поясе это зоны тундры и лесотундры, в умеренном поясе — зоны лесов, лесостепи, степи, полупустынь и пустынь, в тропическом поясе — зоны
лесов, редколесий и саванн, полупустынь и пустынь. Как правило, они совпадают с основными и переходными типами природных экосистем (биомами и экотонами). В связи с неоднородностью земной поверхности, а, следовательно, и увлажнения в различных частях материков зоны не всегда имеют широтное простирание.
Зональность характерна и для Мирового океана. От экватора к полюсам изменяются
свойства поверхностных вод (температура, соленость, плотность и прозрачность, интенсивность волнения и др.), а также состав растительности и животного мира.
Высотная поясность — закономерная смена природной среды с подъемом в горы от их
подножия до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением температуры (на 0,6°С на каждые 100 м подъема) и до определенной высоты (до 2—3 км) увеличением осадков. Смена поясов в горах происходит в той же последовательности, как и на
равнине при движении от экватора к полюсам. Отличием является присутствие в горах особого пояса субальпийских и альпийских лугов, которого нет на равнинах. Высотная поясность начинается в горах с аналога той горизонтальной зоны, в пределах которой расположены горы. Так, в горах находящихся в степной зоне, нижний пояс горно-степной, в лесной
— горно-лесной и т.д. Количество высотных поясов зависит от высоты гор и их местоположения.
Большое разнообразие. Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием. Это свойство обусловлено следующими причинами: разными средами жизни (водной,
наземно-воздушной, почвенной, организменной); разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам;
наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции);
биологическим разнообразием живых организмов.
В настоящее время описано более 2 млн. видов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Кроме этого, современный видовой состав — это лишь небольшая часть видового
разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период ее существования. Каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10—30 млн. лет), поэтому
103
число видов, принимавших участие в эволюции биосферы, исчисляется сотнями миллионов.
Считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95 % видов.
Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев
другими, степень сложности и прочности пищевых и другие связей. Поэтому разнообразие
рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.
К сожалению, практически вся без исключения деятельность человека подчинена упрощению экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или
резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных
систем. Например, полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшафтов,
резко уменьшились площади лесов (до появления человека они занимали примерно 70 %
суши, а сейчас — не более 20—23 %). Идет дальнейшее, невиданное по масштабам, уничтожение лесных экосистем, особенно наиболее ценных и сложных тропических, спрямление
русел рек, создание промышленных районов и т.п.
Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить значительный объем нужной продукции (например, с сельскохозяйственных полей), но за это приходится рассчитываться снижением устойчивости экосистем,
их распадом и деградацией среды.
Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по окружающей
среде и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым
приняты специальные Заявления или Конвенции. Кроме сохранения разнообразия, такие
конвенции приняты по сохранению лесов и по предотвращению изменений климата.
6.13. Типы круговоротов веществ в биосфере
Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении (потоке)
внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли.
В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, бионический и антропогенный круговороты.
До возникновения человека на Земле осуществлялись только первые два.
Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) — круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.
Эндогенные процессы (процессы внутренней динамики) происходят под влиянием
внутренней энергии Земли. Это энергия, выделяющаяся в результате радиоактивного распа104
да, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород и т.д. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Экзогенные процессы (процессы внешней динамики) протекают под влиянием
внешней энергии Солнца. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и
минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на
новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных
пород. К экзогенным процессам относятся геологическая деятельность атмосферы, гидросферы (рек, временных водотоков, подземных вод, морей и океанов, озер и болот, льда), а
также живых организмов и человека.
Крупнейшие формы рельефа (материки и океанические впадины) и крупные формы
(горы и равнины) образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы,
- за счет экзогенных процессов. Таким образом, эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые — к их сглаживанию.
Магматические горные породы в результате выветривания преобразуются в осадочные.
В подвижных зонах земной коры они погружаются вглубь Земли. Там под влиянием высоких
температур и давлений они переплавляются и образуют магму, которая поднимаясь на поверхность и застывая образует магматические породы.
Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими
слоями Земли.
Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического, малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества
синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов органические вещества подвергаются минерализации, т.е. превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут
быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части:
1) резервный фонд — это часть вещества, не связанная с живыми организмами;
105
2) обменный фонд — значительно меньшая часть вещества, которая связана прямым
обменом между организмами и их непосредственным окружением.
В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты
можно разделить на два типа:
1) круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере
(круговороты углерода, кислорода, азота);
2) круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты
фосфора, кальция, железа и др.).
Круговороты газового типа более совершенны, т.к. обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции. Круговороты осадочного типа менее совершенны, они более инертны, так как основная масса вещества содержится в резервном
фонде земной коры в «недоступном» живым организмам виде. Такие круговороты легко
нарушаются от различного рода воздействий и часть обмениваемого материала выходит из
круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических
процессов или путем извлечения живым веществом. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.
Интенсивность биологического круговорота в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством воды. Так, например, биологический круговорот интенсивнее протекает во влажных тропических лесах, чем в тундре. Кроме того, в тундре биологические процессы протекают только в теплое время года.
С появлением человека возник антропогенный круговорот или обмен веществ. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две составляющие: биологическую,
связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную
с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот (обмен)).
Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего
нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном
круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды. Именно
они и являются основной причиной всех экологических проблем человечества.
106
ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ
6.14 . Возникновение жизни и биосферы на Земле
По вопросу происхождения жизни среди ученых нет единого мнения. Существует несколько подходов к решению вопроса о происхождения жизни, которые тесно переплетаются
между собой. Классифицировать их можно следующим образом.
1. По принципу, что идея, разум первичны, а материя вторична (идеалистические гипотезы) или материя первична, а идея, разум вторичны {материалистические гипотезы).
2. По принципу, что жизнь существовала всегда и будет существовать вечно (гипотеза
стационарного состояния) или жизнь возникает на определенном этапе развития мира.
3. По принципу — живое только от живого (гипотеза биогенеза) или возможно самозарождение живого из неживого (гипотеза абиогенеза).
4. По принципу возникла жизнь на Земле или была занесена из космоса (гипотеза пансмермии).
Рассмотрим наиболее значимые из гипотез.
Креационизм. Жизнь была создана Творцом. Творец —это Бог, Идея, Высший разум
или др.
Гипотеза стационарного состояния. Жизнь, как и сама Вселенная, существовала всегда
и будет существовать вечно, ибо не имеющее начала не имеет и конца. Вместе с тем существование отдельных тел и образований (звезд, планет, организмов) ограничено во времени,
они возникают, рождаются и погибают. В настоящее время эта гипотеза имеет в основном
историческое значение, так как общепризнанной теорией образования Вселенной является
«теория Большого взрыва», согласно которой Вселенная существует ограниченное время,
она образовалась из одной точки около 15 млрд. лет назад.
Гипотеза панспермии. Жизнь на Землю была занесена из космоса, и прижилась здесь,
после того как на Земле сложились благоприятные для этого условия. Решение вопроса о
том, как возникла жизнь в космосе, в силу объективных трудностей его решения, отодвигается на неопределенное время. Она могла быть создана Творцом, существовать всегда или
возникнуть из неживой материи. В последнее время среди ученых появляется все больше
сторонников этой гипотезы.
Гипотеза абиогенеза (самозарождения живого из неживого и последующей биохимической эволюции). Жизнь зародилась на Земле из неживой материи.
В 1924 г. А.И. Опарин высказал предположение, что живое возникло на Земле из неживой материи в результате химической эволюции — сложных химических преобразований
молекул. Этому событию благоприятствовали сложившееся в то время на Земле условия.
107
В 1953 г. С. Миллер в лабораторных условиях получил ряд органических веществ из
неорганических соединений. Была доказана принципиальная возможность неорганического
пути образования биогенных органических соединений (но не живых организмов).
А.И. Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться в первичном океане из простых неорганических соединений. В результате накопления в океане органических
веществ образовался так называемый «первичный бульон». Затем, объединяясь, белки и другие органические молекулы образовали капли коацерватов, которые служили прообразом
клеток. Капли коацерватов подвергались естественному отбору и эволюционировали. Первые организмы были гетеротрофными. По мере исчерпания запасов «первичного бульона»
возникли автотрофы.
Следует отметить, что с точки зрения теории вероятности, вероятность синтеза сверхсложных биомолекул при условии случайных соединений их составных частей крайне низка.
К настоящему времени ни одна из существующих гипотез о происхождении жизни
прямыми доказательствами не располагает.
6.15 . Взгляды В.И. Вернадского о происхождении и сущности жизни и биосферы
В.И. Вернадский провел глубокий анализ проблемы происхождения жизни. Его теоретические положения основываются на бесспорных непротиворечивых тезисах — эмпирических обобщениях, которые вытекают из многократно доказанных фактов, не подлежащих
сомнению, и могут быть сведены к следующему.
1. Начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было
начала этого космоса. Жизнь вечна, поскольку вечен космос, и всегда передавалась путем
биогенеза.
2. Жизнь, извечно присущая Вселенной, явилась новой на Земле, ее зародыши приносились извне постоянно, но укрепились на Земле лишь при благоприятных для этого возможностях.
3. Жизнь на Земле была всегда. Время существования планеты — это лишь время существования на ней жизни. Жизнь геологически (планетарно) вечна. Возраст планеты
неопределим.
4. Жизнь никогда не была чем-то случайным, ютящимся в каких-то отдельных оазисах.
Она была распространена всюду и всегда живое вещество существовало в образе биосферы.
5. Древнейшие формы жизни — дробянки — способны выполнять все функции в биосфере. Значит, возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. Вероятно, что такова она
и была в прошлом.
108
6. Живое вещество не могло произойти от косного. Между этими двумя состояниями
материи нет никаких промежуточных ступеней. Напротив, в результате воздействия жизни
происходила эволюция земной коры.
Выводы парадоксальные. Они противоречат традиционному миропониманию и находятся в стороне от господствующей научной парадигмы о последовательном образовании
Земли как космического тела, затем появлении на ней жизни с последующим образованием
биосферы.
Теоретические положения В.И. Вернадского основываются на шести эмпирических
обобщениях, с которых начинается его «Биосфера»:
1) никогда не наблюдалось в условиях Земли зарождение живого от неживого;
2) в геологической истории нет эпох, в которые отсутствовала бы жизнь;
3) современное живое вещество генетически родственно всем прошлым организмам;
4) в современную эпоху живое вещество так же влияет на химический состав земной
коры, как и в прошлые эпохи;
5) существует константное количество атомов, захваченных в данный момент живым
веществом;
6) энергия живого вещества есть преобразованная, аккумулированная энергия Солнца.
Очень важным представляется второе эмпирическое обобщение: в земной коре нельзя
отыскать слоев, свободных от влияния живого вещества. Именно отсюда вытекает парадокс
о невозможности измерения возраста Земли как космического тела, ибо мы будем находить в
конце наших усилий только структуры, переработанные живым веществом. Анализ древнейших отложений земной коры — архейских пород — показал, что это измененные осадочные породы, отлагавшиеся в среде, где уже существовала жизнь.
Геологи и радиометристы определяют не возраст планеты, а возраст пород, выпавших
из жизненного круговорота, которые ушли вглубь, в осадок и более не входили в жизненные
процессы. Поэтому сколько бы ни старались нащупать предельные возрасты, мы будем лишь
определять тот срок, который существовала данная структура молекул, входившая ранее в
живые тела.
Теоретический тезис В.И. Вернадского о всегдашней «оживленности» поверхности
планеты напоминает Лаелевский принцип актуализма, успешно перенесенный из геологии в
область явлений жизни: сегодняшнее состояние биосферы свидетельствует о ее прошлом.
Земля была «оживлена» всегда и всегда жизнь существовала в форме биосферы. Древнейшие живые организмы — дробянки, несмотря на примитивное строение, способны выполнять все функции живого вещества. Они настолько вездесущи, что «встроены» почти в
каждую химическую реакцию, происходящую на поверхности (в почве и коре выветрива109
ния), в недрах, в горячих источниках, в воде, в вулканических выбросах. А поскольку скорость деления прокариот огромна, то и плоды их биохимической работы ошеломляющи
(например, запасы руд Курской магнитной аномалии). Значит, в принципе возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. И вполне возможно, что такова она и была в прошлом.
Прокариоты символизируют собой некий особый путь эволюции, где организм нельзя рассматривать отдельно от среды, так как они изменяют ее своей жизнедеятельностью.
Идея о «всегдашней оживленности планеты» связана с идеей о «всюдности жизни».
Жизнь не могла возникнуть только в каких-то отдельных оазисах (вулканических областях,
морских лагунах, в океанических глубинах). Это противоречит расчетам, сделанным В.И.
Вернадским о скорости захвата организмами пространства: для бактерий она сравнима со
скоростью звука в воздушной среде. Известно, что они способны нарастить массу, равную по
весу земному шару, за несколько суток.
Вся загадочность тезиса о «всегдашней оживленности планеты» связана со словом
«всегда», т.е. с понятием времени. В.И. Вернадский подчеркивал, что все характеристики
жизни и времени совпадают: и жизнь, и время необратимы, они всегда направлены одинаковым образом — из прошлого в будущее, т.е. асимметричны. Время биологически содержательно, оно строится причинно обусловленными событиями: сменой поколений. Мерными
единицами биологического времени В.И. Вернадский считал делящиеся бактерии. Он утверждал, что мы не имеем права говорить о времени до создания биосферы. «Всегда» без жизни
нет, а есть другие формы времени, которые нам, существам, принадлежащим к биологическому миру, не столь близки и понятны.
6.16. Ноосфера как стадия эволюции биосферы
В современную эпоху наступил качественно новый этап развития биосферы, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В.И. Вернадский, биогеохимическая роль
человека
за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наибо-
лее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учета закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы. В результате хозяйственной деятельности из биотического круговорота
изымаются или существенно преобразуются большие территории (сведение и насаждение
лесов, осушение болот, строительство городов, дорог, плотин, распашка целинных земель,
создание водохранилищ и т.д.). Добыча полезных ископаемых, сжигание огромных количеств топлива, создание новых, не существовавших ранее в биосфере веществ, интенсифи110
цируют круговорот веществ, изменяют состав и структуру слагающих его компонентов. Антропогенные воздействия на биосферу, принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности
человека), ставят под угрозу возможность поддержания гомеостаза в биосфере.
В 1944 г. В.И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу, т.е.
в такое ее состояние, когда развитие биосферы будет управляться разумом человека. Сам
термин «биосфера» предложен Э. Леруа (1927) и П. Тейяром де Шарденом (1930).
Ноосфера — сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором ее развития.
По убеждению В.И. Вернадского, биосфера вступает в новую стадию своего развития
— стадию ноосферы. На этой стадии человек разумный выступает как геохимическая сила
невиданного масштаба. Особенность этой силы — ее разумность.
Кроме понятия «ноосфера», часто употребляют такие понятия как «антропосфера»,
«техносфера» и др.
Антропосфера — сфера Земли, где живет и куда временно проникает (с помощью
спутников и т.п.) человечество. Понятие «антропосфера» употребляют для характеристики
пространственного положения человечества и его хозяйственной деятельности.
Техносфера — часть биосферы (со временем, по-видимому, вся биосфера), преобразованная технической деятельностью человека. Понятие «техносфера» используют, когда хотят подчеркнуть вещественную сторону отношений человек—природа, а также то, что на
настоящем этапе хозяйственная деятельность людей не настолько разумна, чтобы говорить о
ноосфере.
Надо отметить, что единства в терминологии по данному вопросу нет. Понятие «ноосфера» является самым общим, а другие понятия используют, когда хотят оттенить тот или
иной аспект.
Сравнение важных характеристик, отличающих биосферу и техносферу, представлено в
табл.11 .
Таблица11.
Сравнение биосферы и техносферы (Т.А. Акимова, В.В. Хаскин, 2001)
Сравниваемые показатели
Сферообразующее число биологических видов
Число контролируемых видов
Масса сферы, Гт *
в том числе активное вещество, Гт
неактивное, произведенное вещество, Гт
Кратность обновления активного вещества,
Биосфера
Техносфера
107
1
все 107
5-104
104
4-104
0,10
104
2-104
15
2-104
0,10
111
год
Годовая нетто-продукция, Гт
Годовой расход органического вещества, Гт
Годовой расход энергии, ЭДж**
Годовой расход воды, км3
Степень замкнутости круговорота веществ, %
Запас генетической информации, Гбит***
Запас сигнальной информации, Гбит
Скорость переработки информации, бит/с
Информационная скорость эволюции, бит/с
625
212
12000
3-104
99,9
106
з6
10
0,1
1,5
24
450
5-103
<10
7
8
1016
107
Примечание:
* 1 Гт — 1 гигатонна = 109 т.
** 1 ЭДж - 1 эксаджоуль = 1018 Дж.
*** 1 Гбит = 109 бит.
Можно выделить ряд основных признаков превращения биосферы в ноосферу:
1. Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры (рост
разработки месторождений полезных ископаемых). Геохимическая деятельность человека
становится сравнимой по масштабам с биологическими и геологическими процессами. В
геологическом круговороте резко возрастает звено денудации.
2. Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических
эпох (нефти, газа, каменного угля и пр.). Следствием является усиление парникового эффекта и глобальное потепление климата.
3. Рассеивание энергии, в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека.
Основным следствием является энергетическое загрязнение биосферы.
4. Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствовавших
(чистые металлы, пластмассы и др.). В результате наблюдается химическое загрязнение
биосферы — ее металлизация, загрязнение промышленными и другими отходами и т.д.
5. Создание, хотя и в ничтожно малых количествах, трансурановых химических элементов (плутония и др.). Освоение ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер и (в обозримом будущем) термоядерной энергии за счет синтеза легких ядер. Возникает опасность
теплового загрязнения биосферы и загрязнения радиоактивными отходами ядерной энергетики.
6. Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с научно-техническим прогрессом. Возникновение космонавтики обеспечило выход человека за пределы родной планеты. Ноосфера в будущем займет большее пространство, чем биосфера до появления человека. Создается принципиальная возможность создания искусственных биосфер на других
планетах.
6.17. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВИДА ЧЕЛОВЕК РАЗУМНЫЙ
112
Особенности антропогенеза и биосоциальной природы человека
Человек — создание природы и остается ее частью. Организм человека развивается по
общим для всех живых существ законам. Ч. Дарвин распространил на человека основные положения эволюционной теории и доказал его происхождение от «ниже стоящей животной
формы». Происхождение человека, становление его как вида называется антропогенезом.
Движущими силами антропогенеза являются биологические факторы и социальные
факторы. Биологические факторы — это наследственность, изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Социальные факторы — трудовая деятельность, общественный образ жизни, речь и мышление.
Для человека свойственны не только биологические, но и социальные адаптации к
условиям окружающей среды. На первых этапах антропогенеза естественный отбор имел
решающее значение. Под его действием формировались морфологические особенности человека (мозг, кисти рук, прямохождение). В дальнейшем, овладев культурой изготовления орудий труда, воспроизводством пищи, устройством жилищ, человек изолировал себя от неблагоприятных климатических факторов настолько, что вышел из-под жесткого контроля естественного отбора и в значительной степени стал зависеть от социальных условий. Вне человеческого общества само формирование человека стало невозможным. Человек, изменяя
среду своего обитания, строит собственную экологическую систему.
Таким образом, человек имеет биосоциальную природу. Он растет и развивается под
воздействием двух программ. Биологическая программа определяет строение и физиологические особенности человеческого организма. Она сформировалась в результате биологической эволюции, передается по наследству, ее материальным носителем являются хромосомы. Социальная программа — формирование личности человека под влиянием окружающих его условий. Она сформировалась в результате развития человеческого общества, не передается по наследству. Социальную сущность человека составляют культура, образование,
мораль, совесть и т.п.
В современном человеческом обществе естественный отбор, хотя и замедлил свое действие, идет на всех стадиях онтогенеза. Сохранил свое значение в человеческом обществе
мутационный процесс. В некоторых районах нашей планеты частота мутаций даже увеличилась из-за загрязнения природы мутагенами.
Филогенетическое дерево человека разумного построено еще только в общих чертах.
Вид Человек разумный (Homo sapiens), к которому относятся современные люди, в настоящее время разделен на 3 или 5 больших Рас. В первом случае это европеоидная (евразийская), монголоидная (азиатско-американская) и австрало-негроидная (экваториальная), во
втором — европеоидная, монголоидная, американская, австралоидная и негроидная расы.
113
Расы появились в результате расселения и географической изоляции, видимо, популяций
неоантропов, живших в разных природно-климатических условиях. С формированием социальных взаимоотношений и ослаблением действия биологических факторов темпы эволюции
человека как вида резко снизились, и ни одна из рас не достигла видового обособления.
Различия между расами заключается в морфологических особенностях: цвет кожи, волос, глаз, форма носа, губ и т.д. Эти различия, скорее всего, связаны с адаптацией к условиям
окружающей среды. Так, темная кожа негроидов предохраняла организм от ярких солнечных
лучей, в шапке курчавых волос создаются воздушные прослойки, защищающие от жары.
Светлая кожа европеоидов пропускает ультрафиолетовые лучи и этим предохраняет от рахита, узкий выступающий нос способствует согреванию вдыхаемого воздуха. Монголоидная
раса характеризуется прямыми жесткими волосами, уплощенностью лица, уменьшающей
возможность обморожения, сильно выдающимися скулами, наличием эпикантуса (складки в
углу глаза) – адаптациями к суровому, с частыми пылевыми бурями климату Центральной
Азии.
О единстве вида Homo sapiens свидетельствует то, что все расы человека равноценны в
биологическом и психологическом отношениях и находятся на одном и том же уровне развития. Представители всех рас в пределах нормы реакции способны к достижению больших
высот в развитии культуры и цивилизации. О видовом единстве также свидетельствуют неограниченные возможности скрещиваний с образованием плодовитого потомства.
Тема 7
СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Понятие, формы и виды природопользования. Лицензия на право потребления природных ресурсов. Лимитирование природопользования. Договорные формы природопользования. Арендные формы в области природопользования. Договорные отношения на рынке экологических услуг. Договор комплексного природопользования. Экологическая экспертиза.
7.1. Понятие, виды и формы природопользования
Под природопользованием понимают возможность использования человеком полезных
свойств окружающей природной среды — экологических, экономических, культурных и
оздоровительных. Отсюда содержание природопользования включает три ее формы: экономическую (ведущая), экологическую и культурно - оздоровительную. Формы природопользования осуществляются в двух видах: общего и специального природопользования.
Общее природопользование не требует специального разрешения. Оно осуществляется
гражданами на основе принадлежащих им естественных (гуманитарных) прав, существующих и возникающих как результат рождения и существования (пользование водой, воздухом
и т. д.).
114
Специальное природопользование осуществляется физическими и юридическими лицами на основании разрешения уполномоченных государственных органов. Оно носит целевой
характер и по видам используемых объектов подразделяется на землепользование, пользование недрами, лесопользование, водопользование, пользование животным миром (дикими
животными и птицами, рыбными запасами), использование атмосферного воздуха. Специальное природопользование связано с потреблением природных ресурсов. В этой части оно
соотносится через правовое регулирование с отраслевым природоресурсным законодательством Российской Федерации: Земельным кодексом, Основами лесного законодательства,
Законом о недрах, Водным кодексом, Законом об использовании и охране животного мира,
Законом об охране атмосферного воздуха.
7.2. Лицензия на право потребления природных ресурсов
Примерный порядок лицензирования отдельных видов деятельности и предоставление
лицензий регулируется постановлением Правительства РФ от 27 мая 1993 г. 94
Лицензирование природопользования — проявление административно-правовым путем регулирования экологических отношений методами запрета, разрешения и уполномочива-ния.
По своей сущности лицензия на природопользование имеет три признака: во-первых, она является актом собственника природного ресурса, либо его владельца (фондодержателя); вовторых, является формой проявления контроля государства за рациональным использованием природного ресурса; в-третьих, является средством регулирования рационального природопользования.
Лицензия выдается на каждый вид деятельности. Срок ее действия — один год. Количество лицензий по отдельным видам в силу экологических требований, местоположения и
других факторов может ограничиваться. Лицензии могут быть выданы по заявкам соискателей, в том числе и на конкурсной основе. Несоблюдение установленного порядка пользования лицензией, передача ее другим лицам, нарушение санитарных, экологических, торговых
правил влекут за собой лишение лицензии по постановлению органа, который ее выдал. Отказ в выдаче лицензии, лишение права на лицензию могут быть обжалованы в суд, арбитражный суд. Контроль за соблюдением лицензионных условий ведет территориальноотраслевой орган администрации субъектов Федерации, городов федерального значения.
Существуют следующие виды лицензий:
Природоресурсовая лицензия — это разрешение на ведение определенного вида деятельности, связанной с использованием какого-либо природного ресурса. В этой лицензии
сконцентрировано две функции: контроль за законностью, рациональностью деятельности
по использованию и соблюдение экологических и санитарных норм и нормированного по115
требления соответствующего природного ресурса. Таким образом, в области природопользования одновременно решаются две взаимоувязанные задачи — охраны и регуляции.
Лицензия выдается уполномоченным государственным органом экологического управления. Такими органами являются Минприроды России, его территориально-отраслевые департаменты в республиках, краях, областях, городах и районах. Компетенция этих органов
на лицензирование определяется видом Природного ресурса. Известно свыше 30 видов деятельности и Услуг, связанных с выдачей лицензии в области природопользования.
Лицензия на использование земель выдается администрацией района, города в виде земельноотводного акта на основе решения о представлении земель определенному субъект или продаже земельного участка на основе договора купли-продажи по результатам конкурса, аукциона и т. д. Земельный ак об отводе выдается для использования земель строго по целевому назначению — ведения
крестьянского хозяйства, сельскохозяйственного производства, садоводства, городского хозяйств;:
разведки полезных ископаемых и т. д.
Лицензия на использование недр выдается (в соответствии с Законом РФ о недрах и Положением Верховной Совета РФ о порядке лицензирования на пользование недрами администрацией республики, области, края совместно с территориально-отраслевым органом Комитета по геологии и использованию недр РФ (Роскомнедра) на: геологическую разведку недр, добычу полезных ископаемых, строительство и эксплуатацию подземных сооружений, захоронение вредных веществ сброс
сточных вод, для образования особо охраняемых территорий.
Указом Президента РФ право на пользование недрами может быть предоставлено на условиях
соглашения инвестору -юридическому лицу или группе юридических лиц (в том числе и иностранным). Такое право подтверждается также лицензией, выдаваемой администрацией.
Лицензия на использование вод. Водный кодекс РСФСР различает общее и специальное водопользование, а также обособленное водопользование. На специальное и обособленное водопользование администрацией и органами Роскомвод России выдаются лицензии. Они удостоверяют право водопользователя на пользование водным объектом в определенных границах, в соответствии с указанной целью, на установленный срок при соблюдении требований и условий, предусмотренных в лицензии.
Водное законодательство России устанавливает следующие атрибуты лицензии: цели пользования, пространство, лимиты, сроки, условия платежей, требования рационального использования и
охраны. Организация системы лицензирования возлагается: по поверхностным водам — на Роскомвод; по подземным водам — на Роскомнедра. Выдача лицензий осуществляется исполнительным органом власти соответствующей территории совместно со специально уполномоченным органом по
водным ресурсам (Роскомвод, Роскомнедра). По водным объектам федерального значения лицензия
выдается органами Федерации, по объектам республиканского, краевого, областного значения — соответственно исполнительными и специальными органами республики, края, области. По объектам
местного значения лицензии выдаются исполнительными и специальными органами района.
116
Выданные лицензии могут быть пересмотрены или аннулированы органами управления, если
произойдет изменение экологической обстановки, угрозы нанесения вреда природной среде и здоровью населения.
Право пользования лицензией может быть досрочно прекращено или ограничено по субъективным или объективным причинам. Субъективные причины — нарушение условий лицензии, невыполнение мер по охране водного объекта и т. д. Объективными причинами могут быть: изменения условий водопользования, угроза населению в связи со стихийным бедствием и т. д. Законодательство
предусматривает применение мер административной ответственности за самовольное использование
вод.
Лицензии на использование лесов. Основы лесного законодательства РФ предусматривают два вида
лесопользования: основное и побочное. Основное — заготовка древесины и живицы; побочное —
сбор ягод, грибов, орехов, сенокошение, охота, рыболовство и т. д.
Такое деление важно для характеристики лицензионного порядка в лесном хозяйстве. Основное
лесопользование производится в плановом порядке. Для этого органы лесного хозяйства и правительство Российской Федерации:
— определяют потребности в древесине как внутри страны, так и на экспорт;
— устанавливают расчетную лесосеку по отдельным регионам и лесхозам, т. е. определяют лимит
вырубки на год на соответствующем участке леса с учетом ежегодного прироста Древесины;
— определяют общий объем древостоя, подлежащего вырубке в различных регионах;
— на основе данных лесосечного фонда и утвержденных нарядов лесхоз выписывает лесорубочные
билеты.
Лесорубочный билет — это разновидность лицензии, применяемой в лесном хозяйстве. В
нем указывается объем древесины, подлежащий вырубке, вид разрешенной рубки, породы
деревьев, место, сроки начала и завершения работ.
Лесной билет — другая разновидность лицензии в лесном хозяйстве. Он выдается на
заготовку живицы (смолы), а также на побочные лесные пользования (заготовка лекарственного сырья, сенокошение, пастьба животных, промысловая заготовка грибов, ягод, плодов).
Контроль за выполнением условий лесопользования ведете лесхозом соответствующего
района или города. При лицензировании лесопользования закон требует соблюдения основных правил ведения лесного хозяйства и норм охраны лесов. К их числу относят принцип неистощительного использования лесов, рационального использования земель государственного лесного фонда, постоянное повышение климаторегулирующих, водоохран ных функций
леса, охраны и воспроизводства лесных ресурсов. Одна из гарантий реализации данных требований — соблюдение деления лесов на группы по их хозяйственному и экологическому
значению. Выделение соответствующих лесов в первую группу означает запрет на заготовку
леса путем вырубки. Другой гарантией служит расчетная лесосека, позволяющая использовать принцип неистощительности лесов. Важное значение имеет требование лесного законо117
дательства о необходимости соблюдения расчетной лесосеки на уровне одного лесхоза, т. е.
о недопустимости замены и компенсации недоруба леса в одном регионе за счет переруба в
другом.
Для человека и окружающей среды его обитания важна прежде всего охрана той части
растительности планеты Земля, которая относится к категории лесов. Именно на леса распространяются некоторые особые требования, обеспечивающие гарантии их защищен-ности
— группировка и расчетная лесосека. Лицензия на использование животного мира. Закон РСФСР об охране и использовании животного мира определяет следующие виды деятельности: рыболовство, охоту на птиц и животных, использование продуктов жизнедеятельности и полезных свойств животных, пользование животным миром в научных, культурно-просветительских, воспитательных, эстетических целях. Все они охватываются лицензированием. Лицензии на их пользование выдают органы охраны и использования животного мира. В частности, по диким животным — органы охотнадзора, по лову рыбы — органы
рыбнадзора.
Лицензии выдаются и в случае продажи животных или продуктов их жизнедеятельности за пределы государства (Минприродой). На вывоз лекарственного сырья — еще и Минздравом России.
Лицензирование на использование атмосферного воздуха. Как экологический ресурс
воздух используется при складировании газообразных отходов или выбросов вредных веществ и их примесей. Суть этой системы лицензирования состоит в следующем:
— инвентаризация выбросов вредных веществ производственным объектом;
— определение на основе действующего ПДК предельно допустимых норм выбросов вредных веществ для объекта;
— установление суточного, годового лимита выбросов вредных веществ в атмосферу для
конкретного объекта;
— выдача разрешения на выброс, в котором указываются лимит и норма выбросов вредных
веществ, срок действия. Лимиты и нормативы выбросов для объекта устанавливаются органами Минприроды. Их невыполнение или нарушение влечет за собой административ-ную
или уголовную ответственность.
7.3. Лимитирование природопользования
Лимиты на природопользование — это система экологических ограничений по территориям.
Они представляют собой объемы предельного изъятия природных ресурсов, которые установлены
предприятиям-природопользователям на определенный срок, а также выбросов или сбросов в окружающую природную среду загрязняющих веществ и размещения отходов производства. Эти лимиты
118
устанавливаются для предприятий-природопользователей государственными органами охраны окружающей природной среды с учетом необходимости поэтапного достижения нормативных объемов
использования природных ресурсов.
Лимиты, так же как и лицензии, являются одним из эффективных средств охраны окружающей
природной среды. Так же как и лицензирование, лимитирование обусловлено ограниченностью запасов природных ресурсов и необходимостью их рационального использования и воспроизводства.
Лимитирование природопользования осуществляется в соответствии с теми направлениями, по
которым осуществляется само природопользование, а именно: изъятие природного вещества из природы; внесение антропогенного вещества в природу. Отсюда и лимиты могут устанавливаться на
предельно допустимые нормы изъятия, выемки, использования природного вещества из природной
среды, либо на предельно допустимые нормы выбросов, сбросов вредных веществ в природную среду, размещение отходов.
Лимиты на изъятие природного вещества при использовании природной среды устанавливаются и реализуются под общей концепцией рационального использования и воспроизводства природных ресурсов. Они распределяются по определенным объектам:
— по землям — действуют нормы отвода земель для автомобильных и железных дорог, для аэропортов, магистральных трубопроводов, для мелиоративных систем, газовых и нефтяных скважин, для
предприятий рыбного хозяйства, для линий связи, электросетей и т. д. Все вышеуказанные нормы
отвода земель утверждаются Госстроем Российской Федерации.
Сейчас установлены нормы бесплатной передачи земель в собственность граждан для ведения
сельского хозяйства, подсобного хозяйства, садоводства, а также жилищного строительства;
— по водным объектам применяются утвержденные органами водного хозяйства лимиты потребления вод для орошаемого земледелия, для животноводческих комплексов, для промышленного потребления, для эксплуатации систем коммунального хозяйства (водоснабжения и канализации);
— в области охраны, использования и воспроизводства лесов главным лимитирующим показателем
является расчетная лесосека, определяющая равенство между количеством ежегодного прироста леса
и вырубаемой в порядке заготовок древесины. Существуют также и другие лимитные показатели,
устанавливаемые органами лесного хозяйства;
— количество граждан — на пребывание в лесу; число той или иной популяции животных, от которых зависит состояние леса (например лосей, поедающих молодую зеленую поросль, кабанов, разрушающих корни деревьев в поисках плодов, и пр.);
— в области охраны и использования животного мира разрабатываются лимиты по отстрелу, отлову
животных, птиц и рыбы. Лимиты утверждаются на сезон, отдельные периоды охоты или рыболовства, в целом по водоему или охотничьим угодьям, по отдельным лицам или охотничьим, рыбопромысловым хозяйствам.
Цель установления этих и подобных им лимитов двойная — природоохранная и экономическая:
сбор платы за нормативное и сверхнормативное потребление ресурсов. Средства, полученные от пошлины за потребление ресурсов, идут на их воспроизводство и рациональное использование.
119
Предельно допустимые сбросы, выбросы, размещение отходов (вредных веществ) также представляют собой вид природопользования. В этом случае лимитирование решает природоохранные
задачи путем экономического стимулирования источника загрязнения к сокращению отходов (используют экологические фонды, которые аккумулируют средства, поступающие за выбросы, сбросы,
захоронение вредных веществ).
7.4. Договорные формы природопользования
7.4.1. ВИДЫ ДОГОВОРНЫХ УСЛУГ
В условиях социалистической системы хозяйствования господство административного метода
регулирования природопользования отнесло договор к числу вспомогательных средств регулирования, использования и охраны окружающей природной среды. Длительное время лицензия в этих
условиях была единственным документом, являющимся актом распорядительного органа власти, который регулировал взаимоотношения сторон. Договор, если он и применялся в редких случаях, то,
как правило, служил средством уточнения взаимоотношения сторон. Например, возьмем для иллюстрации договор застройки, заключаемый застройщиком и коммунальным отделом местного Совета
на основе решения исполкома горсовета о выделении земельного участка для строительства дома.
Суть договора состояла в конкретизации прав и обязанностей землепользователя и застройщика по
использованию земельного участка, сроков начала и завершения строительных работ, проведения
работ по благоустройству территории, окружающей дом. Подобную же функцию выполнял договор,
заключаемый между сторонами при временном отводе земельного участка для строительства дорог
линий связи и иных сооружений. Договор уточнял права и обязанности участников отношений по:
— хранению и использованию плодородного слоя земли;
— рекультивации (биологической и технической) земельного участка;
— осуществлению порядка проведения расчетов и ответственности сторон за ненадлежащее исполнение договорных условий.
По мере дальнейшей экономизации охраны окружающей природной среды, более широкого
внедрения в экологические отношения экономических методов регулирования, договор принимает
все более распространенную и самостоятельную форму. При этом необходимо отметить, что в сфере
экологии, где особенную роль играет содержание, а не форма отношений, чаще всего используют договоры инновационного типа. В принципе, в хозяйственных отношениях стороны вправе заключить
любой договор, если он не противоречит действующему законодательству.
Наибольшее развитие получает известный гражданскому праву тип договора — аренда. Если в
земельных отношениях она впервые появилась в сфере природопользования и уступила место более
эффективным и привлекательным видам и формам землепользования (владение, собственность), то в
других сферах природопользования аренда еще с трудом пробивает себе дорогу.
Недра, воды, леса и животный мир по отраслевому законодательству продолжают оставаться
государственной собственностью. Разница в том, что в отличие от исключительной, нынешняя госу-
120
дарственная собственность стала многоуровневой, т. е. собственностью Федерации, республик, областей, краев, автономных образований.
Вслед за арендой, которая еще только развивается в области лесопользования, рыбного и охотничьего хозяйства, рекреации, обозначаются другие возможные виды договоров. Так, Закон о недрах
(ст. 12) говорит о концессиях, т. е. появляется перспектива на договорных началах оказывать различного рода экологические услуги; в Законе об охране окружающей природной среды (ст. 19) предусмотрен новый вид договора в области природопользования — договор о комплексном природопользовании.
Но несмотря на то, что договорная система настойчиво проникает в сферу экологических отношений (при отсутствии рыночных атрибутов — купли-продажи, мены, залога и т. д.), договор не будет занимать самостоятельного места. По-прежнему в этих условиях основанием возникновения экологического природоресурсного отношения будет считаться лицензия, а договор — средством ее
конкретизации и выполнения.
7.4.2. АРЕНДНЫЕ ОТНОШЕНИЯ В ОБЛАСТИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Предметом арендных отношений в механизме природопользования является характер использования земельных, водных, лесных, рекреационных и других ресурсов. По договору на аренду природных ресурсов одна сторона — арендодатель — обязуется передать другой стороне — арендатору
— для целевого хозяйственного использования конкретно определенные виды природных ресурсов
(земельные, лесные, лечебно-оздоровительные, водные, рыбохозяйственные, охотничьи) на установленный договором срок. Арендатор обязуется вносить обусловленную договором арендную плату и
соблюдать правила рационального использования и охрану природных ресурсов.
Сторонами в договоре аренды природных ресурсов выступают: в качестве арендодателя —
владелец либо собственник природных ресурсов. Таковыми в нашей стране могут быть Федерация,
республики, края, области, автономные образования, города и районы (муниципальная собственность).
Арендатором в договоре аренды природных ресурсов может быть любое правоспособное физическое или юридическое лицо: государственные, кооперативные, общественные предприятия, организации, граждане, совместные предприятия, международные организации и объединения, ассоциации, крестьянские и коллективные хозяйства и т. д.
Так как договор аренды природных ресурсов не ограничивается только исключительно хозяйственной эксплуатацией ресурсов, то и договор может преследовать не только экономические, но и
экологические, лечебно-оздоровительные, рекреационные цели. Например, наряду с заключением
договора на заготовку древесины не исключены и такие договорные отношения, как договор высшего
учебного заведения об аренде участка природного комплекса с целью использования его для производственной практики студентов или договор аренды какого-либо участка территории для проведения научно-исследовательских работ.
121
Содержанием арендных отношений по договору об аренде природных ресурсов являются права и обязанности сторон (прежде всего арендатора) по экономическому или экологическому использованию природных ресурсов.
Несмотря на многообразие природных ресурсов как объектов договора и различия в целях их
использования, все права и обязанности арендатора можно свести к следующему:
— целевое использование ресурса;
— рациональное использование ресурса;
— выполнение обусловленных договором мероприятий по охране и воспроизводству ресурса, пресечению его истощения и разрушения;
— соблюдение экологических требований;
— уважение прав и интересов соседних (смежных) природопользователей;
— возмещение причиненных убытков;
— своевременная плата за пользование ресурсом. Следует отметить, что практика арендных отношений в области природопользования имеет тенденцию к единодушию участников сторон относительно порядка заключения договора, который предусматривает обязательными следующие условия:
— подача заявки заинтересованной организацией, гражданином с указанием цели аренды природных
ресурсов;
— изучение возможностей использования природных ресурсов для обозначенных целей (здесь не
исключена и экологическая экспертиза);
— изучение возможностей заявителя реализовать данную цель на условиях договора;
— проведение конкурса или аукциона;
— оформление заявки по результатам конкурса или аукциона и заключение договора.
В практике арендных отношений в области природопользования не сложились единые сроки
заключения договора. Многое зависит от целей договора и свойств природного ресурса. Земельная
аренда обычно имеет долгосрочный характер с переходом в собственность. Это связано с тем, что
земля требует от ее владельца капитальных затрат по сохранению и повышению плодородия почвы.
Лесная и водная аренды имеют меньшие сроки, на охотничьи угодья аренда заключается сроком от 2
до 5 лет.
При этом арендодатель вправе досрочно расторгнуть договор аренды при невыполнении арендатором его условий (в частности, при нецелевом использовании ресурсов, невыполнении мероприятий по их охране и рациональному использованию, нарушении требований экологической защиты).
Наряду с объективными причинами расторжения договора (изъятие природного ресурса по постановлению государственного органа, в результате ликвидации юридического лица, заключившего
договор и др.) на практике применяются и субъективные условия, так как арендатор несет имущественную ответственность за невыполнение или ненадлежащее исполнение условий договора. Могут
быть и другие основания. Например, в договоре аренды охотничьих угодий на арендатора возлагается обязанность возмещать вред хозяйствам, если таковой был нанесен дикими животными вследствие
122
повышения их численности над оптимальным уровнем популяции, бывшим в период действия договора аренды. Однако и здесь стороны по договору исходят из принципа виновной ответственности за
вред (если превышение численности животных произошло в период естественного цикличного подъема численности животных). Вместе с тем арендатор наделяется правом через суд или арбитражный
суд требовать возмещения ущерба, причиненного природным ресурсам со стороны других юридических лиц или граждан. В частности, арендатор охотничьих угодий вправе предъявлять в суде или арбитражном суде иск о возмещении ущерба, причиненного дикими животными в результате изменения среды их обитания вследствие загрязнения или иного вредного воздействия.
К сожалению, в связи с тем, что практика арендных отношений в области природопользования
только развивается, далеко не везде имеется нормативно-правовая основа. Например, в области животного мира, рекреации лесов и вод действуют пока ведомственные методические разработки. В суде же или арбитражном суде для защиты интересов сторон по договору могут быть Использованы
нормативные документы, утвержденные на уровне Правительства РФ. Только в этом случае типовые
договоры аренды могут служить правовым документом в регулировании природоресурсных арендных отношений.
7.4.3. ДОГОВОРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ НА РЫНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛУГ
Стремление создать рынок природных ресурсов без ущерба для состояния окружающей природной среды и с надеждой на ее возможное улучшение породило за последние годы целую серию
новаций в сфере природопользования.
К сожалению, эти попытки не идут дальше деклараций и не реализуются на практике, но они
уже претендуют на реализацию в качестве рыночных элементов экологических структур. Так, были
попытки в Горно-Алтайской Республике внедрить в практику тезис о статусе эколого-экономической
зоны, где бы экономическая эксплуатация природных ресурсов сочеталась с их экологической охраной на основе иностранных инвестиций. Но эта попытка не состоялась из-за недостаточной заинтересованности иностранных инвесторов. Дело в том, что сейчас расходы на охрану использования ресурсов в этом регионе больше, чем доходы от них.
В литературе длительное время обсуждаются идеи экологического маркетинга, суть которых
сводится к тому, чтобы меры по охране окружающей среды сделались объектом прибыли или наоборот, прибыль, получаемая от использования природных ресурсов, одновременно обеспечивала охрану
и воспроизводство природных ресурсов.
Дебатируется вопрос о развитии рынка экологических услуг на базе широких договорных связей с привлечением частного капитала и с расширением частнопредпринимательской деятельности.
Для рассмотрения экологических услуг в качестве предмета договорных связей следует уточнить, что входит в определение понятия «экологические услуги». В одном из докладов Минприроды
по поводу структуры рынка экологических услуг в Российской Федерации приводится перечень этих
услуг. В него вошли такие виды деятельности, как экологическое страхование, эколого-правовое
обеспечение, деятельность экологических фондов, учебно-консультативная работа, издательское дело, нормирование и оценка качества окружающей среды и т. д.
123
Если понимать экологические услуги в качестве такого широкого спектра деятельности, осуществляемого в помощь государству предпринимательским сектором экономики, то сфера договорных отношений здесь довольно разнообразна. В то же время она поддается унификации на основе
единого типового договора на оказание экологической услуги. Сторонами в таком договоре могут
являться административные органы Министерства экологии и природных ресурсов, выступающие в
роли оптового или индивидуального заказчика, обычные природопользователи — государственные,
кооперативные, общественные, частные, иностранные, международные, действующие в качестве заказчика, и предприятия-исполнители экологических услуг, действующие в качестве подрядчиков.
Причем подрядчиком может выступать и отдельное лицо, обязующееся по договору выполнить конкретную услугу: прочитать лекцию, написать методическую разработку, составить проект нормативного акта, написать учебник и т. д.
Назрела необходимость подумать о целесообразности подготовки типового договора на экологическую услугу, где наряду с общими нормами подрядного договора, предусмотренного Гражданским кодексом, следует отразить специфические черты, характерные для экологической деятельности в период формирования рынка.
7.4.4. ДОГОВОР КОМПЛЕКСНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Существование подобного договора предусмотрено ст. 18 Закона РФ «Об охране окружающей
природной среды». Комплексное природопользование является одним из принципов охраны окружающей среды (ст. 3 Закона), а заключение такого договора продиктовано необходимостью реализации принципиальных основ природопользования.
Под комплексным природопользованием понимается использование одного или нескольких
природных ресурсов одновременно с учетом охраны окружающей природной среды и соблюдением
требований рационального использования и воспроизводства Природных ресурсов.
Договорные обязательства при оформлении комплексного природопользования обусловлены тем, что практически всегда использование одних природных ресурсов неизбежно
затрагивает интересы охраны и рационального использования других ресурсов.
Например, лицензии на разработку недр с целью добычи полезных ископаемых не регулируют вопросов охраны земель, вод, лесов. А эти вопросы должны быть затронуты при развертывании добычи полезных ископаемых, иначе хозяйственная деятельность такого рода
неизбежно приведет к разрушению природной среды. Поэтому заключение и исполнение договора по комплексному природопользованию позволит устранить этот пробел. Такому заключению должно предшествовать решение всех вопросов, связанных с пользованием конкретными ресурсами и конечными последствиями такой эксплуатации. И только завершающим этапом может служить выдача лицензии.
На основе лицензии природопользователь ставит перед органами охраны окружающей
природной среды вопрос о заключении договора. Комитет по экологии города, района, обла124
сти, края, республики изучает все документы, характеризующие намерения природопользователя по эксплуатации природного ресурса, и назначает экологическую экспертизу.
Таким образом, лицензия и положительное заключение экологической экспертизы являются основными документами, которые требуются по Закону РФ «Об охране окружающей
природной среды» (ст. 18) для заключения договора о комплексном природопользовании.
Заключение договора осуществляется исполнительной властью города, района, края, республики в зависимости от того, кто владеет природными ресурсами. Орган исполнительной власти может распоряжаться только теми ресурсами, в отношении которых он выполняет полномочия собственника либо владельца.
Договор возлагает на природопользователя обязанности по рациональному использованию природных ресурсов и соблюдению требований охраны окружающей природной среды,
а также норм экологической безопасности. За невыполнение условий договора или нарушение их природопользователь несет ответственность и обязан возместить причиненный вред.
Договор на комплексное природопользование является пока еще новым видом договорных связей в области природопользования. К сожалению, еще не разработаны типовые формы договоров, не решены окончательно вопросы, касающиеся наличия связей с данным договором других договорных отношений по одному и тому же предмету.
5.5. Экологическая экспертиза
Цель экологической экспертизы — провести оценку влияния использования природного ресурса (сброса или выброса продуктов отхода) на состояние окружающей природной
среды.
Экологическая экспертиза является предупредительной мерой, позволяющей предотвратить
вредоносную деятельность со стороны пользователя природных ресурсов. Суть ее предупредительного назначения выражается в том, что она проводится в виде предварительной проверки соответствия хозяйственных решений, деятельности и ее результатов требованиям
охраны окружающей природной среды, рационального пользования природными ресурсами,
а также требованиям экологической безопасности общества.
Однако не всякая профилактическая работа по вышеуказанному соответствию требований
может считаться экологической экспертизой. Предварительная проверка может принять
форму экологической экспертизы, если она выполнялась специальной комиссией, назначаемой уполномоченным на то органом.
Государственная экологическая экспертиза назначается уполномоченным органом государства в области охраны окружающей природной среды (Минприрода). Ее выводы имеют
силу подведомственного документа, обязательного к исполнению.
125
Ведомственная экологическая экспертиза может проводиться по приказу соответствующего ведомства. Ее результаты сохраняют силу внутри соответствующей ведомственной
структуры, если они не противоречат выводам государственной экологической экспертизы.
Общественная экологическая экспертиза организуется по инициативе общественных
объединений и проводится негосударственными структурами. Ее заключение может Иметь
форму рекомендаций.
Научная экологическая экспертиза проводится по Инициативе научных учреждений
или высших учебных заведений. Она может быть проведена по инициативе отдельных ученых или
научных коллективов. Ее заключение носит информационный характер.
Экологическая экспертиза включает в себя: сбор информации, ее обобщение, рассмотрение материалов на комиссии, оценку материалов экспертизы и составление заключения.
Основные принципы экологической экспертизы сформулированы в ст. 35 Закона РФ «Об
охране окружающей природной среды». Несмотря на то, что они относятся к государственной экспертизе, их необходимо использовать в любой эколого-экспертной деятельности. Государственная
экологическая экспертиза должна строиться на обязательности, научной обоснованности, независимости и вневедомственности при широкой гласности и участии общественности.
Принцип обязательности в государственной экологической экспертизе имеет два значения: вопервых, обязательность проведения ее в тех программах, проектах, сооружениях, которые способны
оказать негативное влияние на окружающую среду или здоровье человека. Это значит, что финансирование и осуществление работ по данным проектам и программам может быть разрешено вышестоящими органами только после положительного заключения государственной экспертизы. Во-вторых,
обязательность выполнения тех выводов, которые содержатся в заключении экспертизы.
Принцип научной обоснованности означает, что выводы экологической экспертизы должны
быть обоснованными и научно аргументированными, базироваться на принципах охраны окружающей природной среды и, прежде всего, на научно обоснованном сочетании экологических и экономических интересов, обеспечивающих приоритет охраны жизни и здоровья человека, реальные гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую среду.
Экологическая экспертиза проводится на твердой законодательной основе. Для ее проведения
используют Закон РФ «Об охране окружающей природной среды», Закон РФ «О государственной
экологической экспертизе», ведомственные инструкции Минприроды России, имеющие обязательное
значение для всех министерств и ведомств.
Независимость и вневедомственность экологической экспертизы призваны обеспечить свободу заключения эколого-экспертной комиссии по результатам работы. Она должна руководствоваться
только фактами, научными принципами их обоснования и действующими законами. Экологическая
экспертиза должна отстаивать принципы охраны окружающей природной среды, а не интересы отдельного ведомства или группы людей.
Широкая гласность о существовании опасного объекта, назначении по нему экологической
экспертизы являются обязанностью государственных органов охраны окружающей природной среды.
126
Обязательным является также широкая и своевременная информация этими органами населения об
экологической обстановке. Гласность экологической информации также тесно связана с привлечением общественности к участию в проведении экологической экспертизы. Формы такого участия могут
быть различны: рассмотрение предложений граждан или общественных объединений о проведении
экологической экспертизы вредного объекта; включение представителей общественности, прессы в
состав экспертных комиссий; ознакомление общественности (населения) с результатами экологической экспертизы; проведение референдумов. Законодательная основа участия общественности и
граждан в назначении и проведении экологической экспертизы заложена в ст. 12 Закона РФ «Об
охране окружающей природной среды».
Субъектами государственной экологической экспертизы должны выступать три стороны: заказчик, подрядчик, потребитель.
Заказчиком является властная государственная структура, наделенная правом назначать подобную экспертизу: Минприроды и ее территориальные органы, а в необходимых случаях — правительственные органы Федерации либо ее субъектов.
Подрядчиком является исполнитель задания по экологической экспертизе. Им могут быть как
отдельные специалисты, так и целые научно-исследовательские институты. Экспертиза может выполняться комиссией, состоящей из специалистов, подобранных и назначенных компетентным органом.
Потребителем в данной системе общественных отношений выступает предприятие или организация, являющиеся собственником объекта, ставшего предметом экспертного анализа.
Объектами экологической экспертизы могут быть документы, предшествующие хозяйственной
деятельности, негативно Воздействующей на природную среду, сама вышеназванная деятельность и
ее продукты. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» (ст. 37) не устанавливает единого
перечня объектов, он дает лишь общую характеристику. Но из текста Закона следует вывод, что любой проектный документ, любое мероприятие, намечаемое к реализации на территории России, новая
техника, оборудование, продукция, материалы потенциально могут рассматриваться в качестве объектов государственной экологической экспертизы. Детальный перечень объектов, подлежащих государственной экспертизе, установлен в Положении, утвержденном постановлением Правительства РФ
от 22 сентября 1993 года.
Обязательной государственной экспертизе также подлежат экологические обоснования лицензий и сертификатов, проектов нормативной технической и инструктивно-методической документации в части охраны окружающей среды и использования природных ресурсов.
Временная инструкция по экологическому обоснованию хозяйственной деятельности в предпроектных и проектных материалах (Минприроды России, 16 июля 1992 г.) называет 15 экологически
опасных видов хозяйственной деятельности, требующих особого внимания, 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, продуктов их переработки, производство цел-
127
люлозы, бумаги и 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 природной 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 экологосанитарной 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, возложенной Законом РФ «Об охране окружающей природной среды» на законодательные и нормативные
органы. В действующем законодательстве нет исчерпывающего перечня объектов экологической
экспертизы. Субъекты Федерации в принимаемых ими нормативных актах вправе устанавливать свои
виды объектов экологической экспертизы, обусловленные спецификой местных условий.
Использование природы представляет собой экономические отношения между людьми по поводу природных благ. Знание этих отношений, а также прав на природопользование в различных его
формах позволяет не только повысить специалисту эффективность работы своего предприятия, но и
снизить вред, Причиняемый природной среде.
Вопросы для самопроверки:
1. Природопользование. Понятие, сущность, цели.
2. Виды и формы природопользования.
3. Юридические права потребления природных ресурсов.
4. Лицензирование и виды лицензий.
5. Актуальные проблемы регулирования природопользования.
6. Формы осуществления природопользования.
128
7. Основные обязанности природопользователя, права и обязанности арендодателя.
8. Формирование рынка экологических услуг.
9. Требования рационального использования и воспроизводства природных ресурсов.
10. Назначение и организация экологической экспертизы.
Тема 8
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Планирование и прогнозирование использования природных ресурсов .Природные ресурсы и ресурсный
цикл. Незамкнутость ресурсного цикла. Состояние природных ресурсов. Основные положения рационального
природопользования.
8.1. Планирование и прогнозирование использования природных ресурсов
Управление природопользованием предполагает рациональное расходование природных ресурсов и основано на планировании и прогнозировании их потребления.
В природопользовании можно рассматривать два уровня управления:
— управление природными системами;
— управление природопользователями (управление охраной окружающей природной среды
и рационализацией использования природных ресурсов).
Управление природными системами может быть «жестким» и «мягким», а управление природопользователями — командно-административным и экономическим.
Примерами «жесткого» управления может служить сплошная вырубка лесов или освоение целинных земель без соблюдения правильной агротехники, «мягкого» — выборочная
вырубка и использование научно обоснованных агроприемов, способствующих самовосстановлению лесных богатств и плодородия почвы. «Жесткое» управление дает быстрый и высокий хозяйственный эффект в виде роста объема продукции или снижения затрат на ее производство. Этот эффект кратковременен, так как в результате «жесткого» управления происходят резкие необратимые изменения в природной среде, снижение ее продуктивности и загрязнение, приводит к экологическим, экономическим и социальным ущербам.
Эти уровни управления взаимосвязаны между собой. Первый Уровень управления основывается на изучении и использовании естественных законов, в частности, экологических
и осуществляется через второй уровень, опирающийся на юридические и экономические законы.
8.1.1. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕСУРСНЫЙ ЦИКЛ
Природные ресурсы — это совокупность естественных тел и явлений природы, которые
использует человек в своей деятелыюсти, направленной на поддержание своего существования. Одним из признаков, по которым классифицируются природные ресурсы, являются их
исчерпаемость и возобновимость.
129
Неисчерпаемые ресурсы — это преимущественно внешние по отношению к Земле процессы и явления, такие как солнечная энергия и ее производные: ветровая энергия, энергия
движущейся воды, энергия земных недр. В этой классификации вода и воздух относятся как
к неисчерпаемым, так и к исчерпаемым ресурсам. В количественном отношении эти элементы окружающей среды практически неизменны, а следовательно, и неисчерпаемы. Но для
культурно-бытовых, хозяйственных и промышленных нужд требуются воздух и вода определенного качества, которые ухудшаются в результате деятельности человека. Для поддержания качества воды используются сложные технологии водоочистки и водоподготовки. Для
сохранения чистоты воздуха используется техника пыле- газоочистки, а также комплекс санитарно-гигиенических и архитектурно-планировочных мероприятий. Таким образом, сделать неисчерпаемыми эти природные ресурсы в силах человека.
Исчерпаемые ресурсы делятся на:
— возобновимые, способные к самовоспроизводству: растительный и животный мир, мир
микро-организмов;
— невозобновимые, образовавшиеся в недрах Земли в весьма отдаленные от нас периоды в
течение многих миллионов лет: рудные и нерудные полезные ископаемые;
— относительно возобновимые, способные к воспроизводству в темпах, отстающих от темпов потребления. Например, процесс образования черноземного слоя почвы толщиной 1 см
длится столетия, а разрушается гораздо быстрее. Для возобновления запасов древесины также требуется не одно десятилетие.
Для получения энергии, создания необходимой продукции человек находит, добывает и
перемещает к местам переработки необходимые природные ресурсы, вовлекая их в ресурсный цикл. Ресурсный цикл — это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ, происходящих на всех этапах использования его человеком.
В природопользовании можно выделить несколько ресурсных
циклов, которые, несмотря на относительную самостоятельность, тесно связаны друг с другом. К таким ресурсным циклам относятся: цикл почвенно-климатических ресурсов сельскохозяйственного сырья, цикл сырьевых ресурсов, цикл энергетических ресурсов, цикл ресурсов живой природы.
Цикл сырьевых ресурсов тесно связан с производством энергии, т. е. с циклом энергетических ресурсов.
Слово «цикл» подразумевает замкнутость процесса. В природе все вещества находятся
в замкнутых биохимических циклах. Наличие таких циклов не позволяет веществам переходить в иное состояние, исключающее их дальнейшие превращения.
130
8.1.2. НЕЗАМКНУТОСТЬ РЕСУРСНОГО ЦИКЛА
Ресурсный цикл, иногда называемый антропогенным круговоротом вещества, фактически не замкнут. На каждом его этапе неизбежны потери, являющиеся следствием особенностей технологий, либо каких-нибудь объективных или субъективных причин.
Считается, что на всех этапах ресурсного цикла в окружающей среде рассеивается около 98% добываемого минерального сырья.
Предметы массового потребления в результате износа, коррозии или утраты в них
надобности так или иначе оказываются в окружающей среде, загрязняя ее. Многие отходы
преобразуются в воде, почве и атмосфере, превращаясь в еще более опасные для здоровья
человека вещества, которые представляют собой вторичные загрязнения.
Особый случай представляют собой культурные экосистемы, т. е. обрабатываемые
сельскохозяйственные земли, не способные к самовосстановлению из-за истощения почвы
вследствие сбора урожая, в котором сконцентрировано органическое и минеральное вещество. В результате организмы-деструкторы или почвообразователи не получают материала
для разложения и минерализации и обеспечения собственных потребностей в веществе и
энергии. Поэтому человек вынужден полностью брать на себя восстановление плодородия,
затрачивая для этого специально произведенные им вещества, например, удобрения и энергию.
Так, в процессе сбора урожая сельскохозяйственных культур из почвы ежегодно выносится 5-7 млн. тонн азота, 3-5 млн. тонн фосфора, до 10 млн. тонн калия. Вынесенные элементы возмещаются со значительным дефицитом за счет внесения сотен миллионов тонн
навоза, тысяч тонн минеральных удобрений, а также биологической фиксацией азота клубеньковыми бактериями бобовых растений.
Таким образом, человек как бы замыкает значительную дола естественного круговорота, в рамках которого осуществляется ресурсный цикл. Количества вещества, вовлекаемого в
антропогенный круговорот, уже соизмеримы с количествами вещества в естественных биохимических циклах.
По мере прохождения через ресурсный цикл вещества, ранее сконцентрированные в
том или ином месте локализации, рассеиваются. Рассеиваются не исходные, а трансформированные или утраченные в процессе ресурсного цикла вещества, которые загрязняют природную среду. Таким образом, главной объективной причиной загрязнения среды является
незамкнутость ресурсного цикла.
К загрязняющим веществам окружающей среды относятся не только токсичные и вредные отходы производств, но и практически безвредные вещества, образующиеся в качестве
131
попутных продуктов, таких как: массы навоза в сельском хозяйстве, углекислый газ, утонувшая древесина. Борьба с подобными загрязнениями среды является также актуальной.
Важным моментом в деле рационального природопользования является планирование и
прогнозирование использования природных ресурсов. Это особенно касается использования
таких возобновимых и относительно возобновимых ресурсов, как животный и растительный
мир, а также плодородие почв. Планирование использования земельных ресурсов предусматривает разработку и реализацию рациональных севооборотов, планирование использования лесных ресурсов, составление планов вырубки с учётом восстановления лесных массивов. При планировании следует учитывать всё возрастающие темпы использования природных ресурсов и производить перспективный расчёт их потребления на базе математических методов прогнозирования. При этом для реализации сложного комплекса природоохранных работ разрабатывается оперативный план. Теоретической базой такой разработки могут быть сетевые методы управления. К ним относятся: методы сетевого планирования,
методы математического программирования, экспертные методы прогнозирования, методы
математико-статистического прогнозирования.
8.2. Рациональное и комплексное использование полезных ископаемых и энергетических ресурсов
8.2.1. СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
Бурное развитие научно-технического прогресса сопровождается интенсивным использованием невозобновимых ресурсов, к которым относятся большинство полезных ископаемых:
— топливно-энергетические — нефть, газ, уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды;
— рудные ресурсы — железная и марганцевая руда, бокситы, хромиты, медные, свинцовоцинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные руды, руды благородных
металлов;
— природные строительные материалы и нерудные полезные ископаемые — известняк, доломит, глины, песок, мрамор, гранит, яшма, агат, алмазы;
— горно-химическое сырьё — апатиты, фосфориты, поваренная, калийная соль, сера, барит,
бром- и йодосодержащие растворы;
— гидроминеральные ресурсы — подземные пресные и минерализованные воды;
— минеральные ресурсы, расположенные в недрах под морями и океанами.
По оценкам некоторых авторов разведанных запасов нефти в России хватит на 35 лет.
Разведка и освоение новых месторождений практически прекращена. С 1992 г. прирост разведанных запасов полезных ископаемых не покрывает их добычи. Ресурсонасыщенность
132
России, измеряемая количеством потребляемых ресурсов на душу населения, в 1,5-3 раза
ниже, чем в других промышленных странах. Ожидается, что к 2000 г. будет исчерпана сырьевая база на 40% добывающих предприятий, и Россия из экспортёра минерального сырья
может превратиться в его импортёра.
Аналогичное положение складывается и в ряде других стран, а во многих странах и вообще отсутствуют наиболее необходимые для жизнедеятельности полезные ископаемые.
Первоочередными задачами становятся: охрана и рациональное использование природных
ресурсов, широкое вовлечение в ресурсный цикл возобновляемых источников энергии (энергии воды, ветра и солнечной энергии), комплексное использование природных ресурсов.
8.2.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Среди общих принципов, на основе которых строится природопользование в любой отрасли
производства.
К ним относится принцип системного подхода который предусматривает комплексную
всестороннюю оценку воздействия производства на среду и её ответных реакций.
С позиции системного подхода ни один природный ресурс не может использоваться или
охраняться независимо друг от друга. Так например, повышение плодородия почв за счёт
орошения с помощью оросительных систем может привести к истощению водных ресурсов,
которое необходимо предвидеть и предупредить.
Сбросы отходов в реку должны оцениваться не только по воздействию их на рыбу, но и
на биохимию данного водного объекта и на всю систему водообеспечения района, где протекает эта река, включая тот водоём или водоток, куда эта река впадает.
Принцип оптимизации природопользования заключается в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода, прогноза развития различных отраслей и географических регионов. В соответствии с этим принципом целесообразным является перемещение некоторых лесоперерабатывающих предприятий в восточные районы
страны, ближе к запасам сырья, что снижает нагрузку на истощённые запасы древесины в
европейской части РФ. Открытые карьерные способы разработки полезных ископаемых
имеют ряд преимуществ перед шахтной добычей по степени максимального использования
сырья, но приводят к утрате плодородных почв. Оптимальным при этом является сочетание
открытых разработок с рекультивацией земель и восстановлением их плодородия.
Принцип опережения темпов заготовки и добычи сырья темпами выхода полезной продукции основан на снижении количества образующихся отходов в процессе производства, т.
е. на более полном использовании одного и того же количества исходного сырья. Он предполагает прирост продукции не за счёт вовлечения в использование новых масс природных ре133
сурсов, а за счёт более полного их использования путём ресурсосбережения и совершенствования технологических процессов.
Принцип гармонизации отношений природы и производства решается на создании и
эксплуатации природно-технических, геотехнических или эколого-экономических систем,
представляющих собой совокупность какого-либо производства и взаимодействующих с ним
элементов природной среды, и обеспечивающих, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой-поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное сохранение и воспроизводство естественных ресурсов. В таких системах предусматривается прогнозирование нежелательных и опасных ситуаций, а также реализация мер по их предотвращению. Система имеет службу управления,
задачей которой является своевременное выявление возможных вредных воздействий и внесение необходимых коррективов в тот или иной компонент системы (производство или
окружающую среду). Если обнаружено ухудшение состояния окружающей предприятие
природной среды, служба управления принимает решение о необходимости остановить производственный процесс, уменьшив при этом объёмы выбросов и сбросов.
Своевременное и точное обнаружение опасных ситуаций достигается непрерывным
сбором информации о состоянии окружающей среды с помощью наблюдений за ее изменениями, вызванными антропогенными причинами, что позволяет прогнозировать их развитие.
Такие системы носят название мониторинга (от греческого «монитор» — вперёдсмотрящий).
Самые простые функции этих систем заключаются в контроле загрязнения воздуха, воды,
почвы, в наблюдениях за состоянием Живых организмов, а непосредственно на предприятии
— в контроле стоков и пылегазовых выбросов. Получаемая информация анализируется руководством предприятия, принимающим необходимые технические решения.
Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства заключается в том, что на базе имеющихся в данном экономическом районе сырьевых и
энергетических ресурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые
позволяют более полно использовать указанные ресурсы и тем самым снизить вредную
нагрузку на окружающую среду. Такие территориально-производственные комплексы имеют
специализацию, сконцентрированы на определённой территории, обладают единой производственной и социальной инфраструктурой (коммуникациями, потоками вещества и энергии, системой здравоохранения, сферой культуры) и совместными усилиями обеспечивают
охрану окружающей среды. Примером может служить Канско-Ачинский теплоэнергетический комплекс (КАТЭК), базирующийся на крупных залежах углей. Такие территориальнопроизводственные комплексы создают предпосылки для развития комплексных энерго- и
ресурсосберегающих производств, для максимально возможной утилизации отходов и ис134
пользования вторичных продуктов. Естественно, комплексы также оказывают вредное влияние на окружающую среду, но за счёт комплексного использования её ресурсов на основе
концентрации производства, оптимизации природопользования, а также гармонизации взаимодействия техники с окружающей средой это воздействие существенно снижается. При
этом увеличиваются вложения в компенсационные мероприятия с целью обеспечения качества окружающей среды и снижения ущерба, наносимого природе.
Вопросы для самопроверки:
1. Назовите два уровня управления природопользования.
2. Дайте определение понятию природные ресурсы.
3. Назовите исчерпаемые ресурсы.
4. Назовите неисчерпаемые ресурсы.
5. Почему воздух и вода относятся к исчерпаемым и неисчерпаемым ресурсам?
6. Дайте определение ресурсного цикла.
7. В чём заключается главная причина загрязнения окружающей среды?
8. Назовите основные принципы рационального природопользования.
Тема 9
ПРИРОДОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ, РОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА В ЗАЩИТЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Классификация и основные направления природозащитных мероприятий. Экологический паспорт воднохозяйственного предприятия. Современные биотехнологии охраны
окружающей среды. Биотехнология переработки отходов. Биотехнология защиты атмосферы. Биотехнология охраны земель. Биотехнология очистки вод. Биотехнология переработки отходов растительности. Использование возобновляемых источников энергии. Развитие малоотходных и ресурсосберегающих технологий.
Защита окружающей среды — это комплексная проблема, которая может быть решена
только совместными усилиями специалистов различных отраслей науки и техники. Наиболее
эффективной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных
предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях
сельскохозяйственного производства к биологическим методам борьбы с сорняками и вредителями. Это потребует решения целого комплекса сложных технологических, конструкторских и организационных задач. Экологизация промышленного производства должна развиваться по следующим направлениям: совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов вредных примесей и отходов в
окружающую среду; широкое внедрение экологической экспертизы всех видов производств
и промышленной продукции; замена токсичных и неутилизируемых отходов на нетоксичные
135
и утилизируемые; широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.
В качестве дополнительных средств защиты применяется различное очистное оборудование, к которому относятся аппараты и системы очистки газовых выбросов, сточных вод,
глушители шума при сбросе газов в окружающую среду. Перечисленные мероприятия позволят снизить выброс вредных веществ в окружающую среду и тем самым более полно использовать природные ресурсы. Таким образом, рациональное использование ресурсов и
обеспечение качества окружающей среды являются общей задачей, которую должны решать
специалисты различных областей науки и отраслей техники.
9.1. Классификация и основные направления природозащитных мероприятий
Инженерно-экологические мероприятия предполагают создание такой природнопромышленной системы, которая позволила бы обеспечить эффективное использование и
охрану природных ресурсов в процессе работы того или иного производства.
В инженерно-экологические мероприятия входят три группы мероприятий: инженерные, экологические и организационные.
Инженерные мероприятия направлены на совершенствование существующих и разработку новых технологических процессов, машин, механизмов и материалов, используемых в
производстве с целью исключения или смягчения негативных воздействий предприятий на
природную среду. Мероприятия, входящие в инженерную группу, подразделяются на организационно-технические и технологические. Схематически они представлены на рис. 9.1.
Организационно-технические мероприятия включают ряд конкретных действий,
направленных на соблюдение технологического регламента производства, процессов очистки отходящих газов и сточных вод, контроля за исправностью оборудования и своевременные проведения капитальных ремонтов. Наиболее рациональны непрерывные и укрупнённые
производства, так как они работают более стабильно, позволяют выдерживать заданные режимы процессов, дозированный расход материалов, исключают "залповые" выбросы вредных веществ. Укрупнённые производства более легко и оперативно управляемы, чем разрозненные и рассредоточенные на больших территориях. На таких производствах имеется
больше возможностей совершенствовать технологию в направлении снижения выбросов,
применять очистное оборудование.
Технологические мероприятия позволяют изменить показатели и характеристики источников воздействия, определяющие их интенсивность. Для реализации инженерных мероприятий необходимо предусматривать дополнительные затраты на модернизацию производства, на улавливание, очистку, предотвращение выбросов вредных веществ или доведения их
136
до такого количества, чтобы обеспечивалось самовосстановление компонентов биогеоценозов и не наносился ущерб окружающей среде.
Экологические мероприятия обеспечивают самоочищение (при загрязнении) природной
среды или самовосстановление (при нарушениях). Экологические мероприятия делятся на 2
подгруппы: абиотическую и биотическую. Подгруппа абиотических мероприятий основана
на использовании естественных, физических и химических процессов, протекающих во всех
составляющих биосферы, которые позволяют снизить опасность вредного антропогенного
воздействия, уменьшить или исключить его последствия. Биотические мероприятия основаны на использовании живых организмов, обеспечивающих функционирование экологических систем в зоне влияния производства. К ним относятся биологическая рекультивация и биологическая очистка сточных вод, ликвидация загрязнений почв с помощью специальных растений или микроорганизмов, способных извлекать и перерабатывать загрязняющие вещества. Биотическим мероприятием является также самозарастание нарушенных
земель.
Группа организационных мероприятий связана с управлением, структурой и функционированием создаваемых или действующих природно-промышленных систем и подразделяется на плановые и оперативные. Плановые мероприятия рассчитаны на длительную перспективу с учётом развития производства и непроизводительной инфраструктуры крупных
природно-промышленных систем. Основу их составляют мероприятия, обеспечивающие рациональное взаимное расположение структурных единиц природно-промышленного комплекса. К ним относятся: выбор местоположения новых производств с учётом розы ветров и
взаимного расположения других источников загряз нений атмосферы; передислокация из городов и посёлков предприятий с высокой интенсивностью вредного воздействия, выбор места расположения отвалов и свалок; перемещение рекреационных территорий, объектов
культурного назначения из зон воздействия и влияния предприятий в чистые зоны; изменение путей и режимов движения транспорта; устройство санитарно-защитных зон. К плановым относятся также мероприятия, связанные с межотраслевыми проблемами использования
отходов.
К подгруппе оперативных относятся мероприятия, применяемые в экстремальных ситуациях, возникающих на производстве или в природной среде. Экстремальные ситуации на
производстве обычно сопровождаются авариями: взрывы, пожары, разрывы трубопроводов и
приводят к залповым выбросам и сбросам, загрязняющим окружающую среду. Неблагоприятные ситуации в природной среде возникают при воздействии на несколько различных антропогенных процессов (промышленное и сельскохозяйственное производство, охота, рыболовство и т. д.) и снижают способность природных компонентов биогеоценозов противосто137
ять этим воздействиям. Для преодоления такого негативного воздействия требуются оперативные природоохранные мероприятия.
Рассмотренные мероприятия представляют основные направления деятельности человека, которые позволяют создавать экологически чистые производства и технологии, снижать вредную нагрузку на окружающую среду, а в случае её возникновения, оперативно
устранять причины и последствия аварийных ситуаций. Для реализации этих мероприятий
необходимо привлечение квалифицированных специалистов различных научных и технических направлений. В основу методического подхода к выбору природоохранных мероприятий закладывается принцип их экологической и технико-экономической оценки.
138
Рис. 9.1. Классификация инженерных мероприятий, направленных
на охрану окружающей среды
9.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ВОДНОХОЗЯЙСТВЕННОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
В городскую сеть водоотведения могут быть сброшены как бытовые, так и производственные сточные воды. Если в отношении приема в сеть бытовых сточных вод ограничений
139
нет, то в отношении производственных — имеются ограничения, направленные на защиту
канализационных трубопроводов и сооружений от коррозии, заиливания, образования взрывоопасных газов, а также возможного нарушения процессов биологической очистки сточных
вод, и, как следствие, загрязнение водоемов токсичными элементами.
Основанием для выдачи разрешений на сброс производственных сточных вод в систему
канализации населенного пункта для действующих предприятий является паспорт водного
хозяйства, представляющий один из разделов экологического паспорта предприятия.
Паспорт водного хозяйства разрабатывается самим предприятием по установленной
форме и представляется для согласования в водопроводно-канализационное управление, где
уточняются: места выпусков в системы канализации бытовых сточных вод населенных пунктов'; нормы сброса и состав сбрасываемых сточных вод до и после очистных сооружений на
выпусках по среднему и максимальному количеству загрязняющих веществ.
Разрешение на сброс производственных сточных вод может быть аннулировано в случаях изменения условий канализования населенных пунктов или несоблюдения промышленным предприятием условий, в т. ч. по расходу вод и массе загрязнений. Расчёт допустимых
концентраций загрязняющих веществ в сточных водах учитывает их степень очистки на
станции аэрации.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в производственных
сточных водах и степень их биологического распада на биологических очистных сооружениях населенного пункта принимаются по нормативным документам (Правила приема производственных сточных вод и системы канализации населенных мест. — М., 1987).
9.3. Современные биотехнологии охраны окружающей среды
Биотехнологии, как направления науки и практики, являются пограничной областью
между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой
совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов, явлений и
эффектов с помощью организмов. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание технологических
процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные
круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.
История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения, виноделие сыроделие и т. д.). Однако ежегодно появляются новые прикладные направления биотехнологии, общим подходом для которых являются искусственное создание условий для
140
эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов,
реализующихся с большими скоростями, оставаясь совместимыми по своим продуктам с
окружающей природной средой.
Принципиальная связь биогеотехнологии с геомикробиологией и биотехнологией может быть представлена схемой на рис. 9.2.
На протяжении столетий человечество добывало металлы из богатых и относительно
простых по химическому составу руд. По мере истощения запасов таких руд стали использовать полиметаллические и более бедные руды. При этом традиционные способы добычи металлов сопровождались загрязнением окружающей природной среды в виде отходов, шлаков
(полезно используется не более 2% сырья). При этом извлекался только один элемент, а сопутствующие — накапливались в отвалах.
Более совершенным и менее антропогенным является гидрометаллургический метод,
основанный на использовании водных растворов, одним из разновидностей которого является бактериальнохимическое выщелачивание металлов. Основу этого процесса составляет
окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. К таким
минералам относятся сульфиды железа, меди, никеля, цинка, кобальта, свинца, молибдена,
серебра, мышьяка. При этом металлы переходят из нерастворимой сульфидной формы в растворимую сульфатную. Полученные концентрированные (до 50 г/л) железосодержащие растворы отправляются на экстракцию и электрохимическую обработку (аналогичные операции
обработки и других металлов).
Биотехнология выщелачивания металлов может применяться как для непосредственной
обработки в пласте, так и в заброшенных карьерах и отвалах, что в целом улучшает охрану
окружающей природной среды (более 5% металлов в мире добывается в настоящее время
таким способом и в перспективе его применение несомненно возрастет).
Тионовые бактерии находят также применение для предварительного понижения содержания серы в рудном сырье. Содержание серы в углях может достигать 10-12%, а сжигание их приводит к образованию сернистого ангидрида и в дальнейшем к выпадению кислотных дождей. Принципиально биотехнология снижения серы в углях аналогична выщелачиванию металлов. Попутно при этом будут выделяться содержащиеся в углях германий, вольфрам, никель, бериллий, ванадий, золото, медь, кадмий, свинец, цинк.
При добыче каменного угля зачастую выделяется метан являющийся причиной взрывов
и смертельных случаев на шахтах (статистика свидетельствует, что добыча 1 млн. т угля сопровождается смертью 1 шахтера). Наряду с имеющимися способами борьбы с метаном в
шахтах применяется и биотехнологический, в основу которого положен процесс поглощения
метана метаноокисляющими бактериями в угольных пластах и выработанных пространствах.
141
Для метаноокисляющих бактерий метан служит одновременно источником углерода и
энергии (1/3 расходуется на увеличение биомассы, а 2/3 — на образование внеклеточных органических соединений и углекислого газа). Метаноокисляющие бактерии выращиваются в
ферментерах, концентрируются и непосредственно в шахте приготавливается рабочая суспензия с добавками азота и фосфора, которая закачивается в пласт из расчета 30-40 л на 1 т
угля. Необходимый для развития бактерий кислород подается в пласт компрессорами. Содержание метана в этом случае снижается более чем в 2 раза и в 1,5 раза повышается отдача
угольного пласта. Заметное место среди средств повышения вторичной добычи нефти принадлежит также биотехнологии. При нефтедобыче извлекается не более 50% ее запасов в
пласте, что обусловлено прочной связью нефти с породой. Повышение нефтедобычи пласта
на 10-16% равносильно открытию нового месторождения. После закачивания воды для активизации биохимической активности микробов применяется аэрация в зоне нагнетательной
скважины. Это вызывает микробное разрушение нефти с образованием
углекислого газа, водорода, низкомолекулярных органических кислот, которые поступают в
анаэробную зону пласта и разрушаются анаэробными метангенерирующими бактериями с
образованием метана. Разрушение нефти и образование газов приводит к разжижению ее,
увеличению текучести и повышению газового давления в пласте, что сопровождается увеличением нефтедобычи (в отдельных случаях до 30%) и снижению антропогенного воздействия на окружающую природную среду.
142
Рис.9.2. Связь биотехнологии с геомикробиологией.
9. 4. БИОТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
143
Не отрицая важности для окружающей природной среды (ОПС) большого опыта и разнообразия механических и физико-химических методов утилизации твердых бытовых отходов, реальную перспективную альтернативу им представляют биотехнологические методы.
Особую важность биотехнологии переработки отходов обуславливает уже не долговременная исчерпаемость традиционных энергоносителей: угля, нефти, газа, а также далеко не бесспорные экологические характеристики атомных электростанций.
Биотехнология переработки твердых отходов не только позволяет утилизировать биогаз
и снизить энергетический дефицит, но и в значительной степени уменьшить антропогенную
нагрузку на ОПС, в т. ч. уменьшить компоненты парникового эффекта.
Общим подходом к биотехнологии утилизации отходов с энергетическими целями является их анаэробная деструкция. Анаэробное сбраживание представляет собой бескислородный ферментативный стадийный микробный процесс, осуществляемый в мезофильных
(t=30-33°C) условиях с помощью различных групп микроорганизмов. При этом время контакта твердых отходов с микроорганизмами составляет 5-30 суток в зависимости от сырья,
влажности, перемешивания.
В большинстве случаев при обработке твердая фаза имеет 3-5% концентрацию веществ,
до 75% из которых — органические компоненты, примерно 50% их превращаются при сбраживании в биогаз. Газ состоит на 65-70% из метана, 25-29% — углекислоты, а остальное составляют водород, сероводород, аммиак. Средняя производительность по газу составляет 1 л
на 1 кг биологически окисляемых веществ. Средняя теплота сгорания биогаза 22-24 МДж/м.
Возможными путями утилизации биогаза являются: использование в котельных для обогрева; получение электроэнергии посредством газогенераторных установок, сжижение и использование в качестве автомобильного топлива или бытового баллонного газа.
В США, Японии, Германии насчитываются сотни, а в Китае имеются десятки тысяч
ферментеров для получения электроэнергии индивидуального пользования в жилом секторе
и сельскохозяйственных фермах путем переработки собственных и с незначительным добавлением растительных отходов. В нашей стране получение биогаза не вышло из стадии опытно-промышленных исследований, но перспектива применения биотехнологии в этом направлении, особенно для сельских регионов, очевидна.
Несколько иной механизм биодеструкции, но также с получением биогаза, наблюдается
при переработке твердых бытовых отходов (ТБО) на полигонах. На первой стадии катаболизма ТБО преобладают аэробные микробные процессы в сочетании с физическими и химическими, по существу представляющие биокомпостирование. После исчерпания кисло-рода
снижается температура ТБО, происходит развитие микроаэрофилов, факультативных анаэ144
робов, участвующих в образовании метана. В теплый период года наблюдается наиболее интенсивное метанообразование (от 3,1 до 371 л/кг ТБО в год). Уменьшение размера частиц
ТБО до 10-20 мм увеличивает газоинтенсивность метановыделения в 4 раза. Положительное
воздействие оказывает на метаногенез внесение в ТБО твердой фазы сточных вод станции
аэрации, особенно после анаэробной биодеструкции в качестве посевного биоматериала
(инокулянта). В основе биогаза от ТБО практикой идентифицировано до 46 компонентов,
доминантным из которых является метан (50-60%).
Биогаз, образующийся на свалках, может быть извлечен при помощи вертикальных или
горизонтальных перфорированных труб из полиэтилена. После удаления конденсата и пыли
его теплота сгорания составляет 17-20 МДж/м3, а при дальнейшей очистке может достигнуть
34-37 МДж/м3.
9. .5. БИОТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ
Молекулы, служащие источником дурно пахнущего загрязнения воздуха, образуются в
результате множества различных процессов. Эти молекулы часто являются органическими и
могут быть подвергнуты микробной деградации. Пороговые концентрации дурного запаха
весьма незначительные. Например: валериановая кислота — 0,6%; тиофенол — 0,06%; диамилсульфид — 0,14%; масляная кислота — 1,0%; метилмеркантан — 1,104%; скатол —
1,2%; этилмеркантан — 0,19%.
Дурно пахнущие запахи могут удаляться биотехнологически в «сухих» или «мокрых»
биореакторах.
«Мокрый» реактор или биоскруббер работает как реактор с насадкой с иммобилизированной биомассой и противотоком жидкости. Дурно пахнущие газы при этом переносятся
из газовой фазы в жидкую, как в обычном скруббере, а затем окисляются закрепленной биомассой. Основные преимущества этого процесса:
— большая эффективность поглощения, биоокисление практически до нуля снижает
дурно пахнущие загрязнения, резко уменьшается объем поглощающей жидкой фазы;
— параллельно решается проблема удаления сточных вод.
«Сухой» биореактор загружается насадкой из биоактивного сорбирующего материала
(компост, торф), через который продуваются загрязненные газы. Сорбированные соединения
активно окисляются микробными сообществами, развивающимися на поверхности насадки,
одновременно регенерируя ее. По такой биотехнологии, например, производится очистка
воздуха в свинарниках. Перспективным направлением биотехнологии очистки газов является
создание биологически активных сорбентов. И оптимизация микробного сообщества (включая генетические методы), окисляющих широкий спектр субстратов (воздухоочистителей).
145
9.6. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОХРАНЫ ЗЕМЕЛЬ
Загрязненность почв неорганическими ионами и нехватка полезных органических, избыток пестицидов и других вредных минеральных добавок приводят к снижению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почвы. При этом
традиционные удобрения и методы внесения их в почву являются весьма затратными. (По
мнению специалистов США, на производство стакана молока необходимо расходовать в
настоящее время стакан дизтоплива).
Вместе с тем имеются безграничные, возобновляемые ресурсы удобрений, содержащие
необходимые питательные элементы для сельхозкультур и близкие, а иногда и превышающие по качеству органические удобрения (например: осадки сточных вод станций аэрации).
Широкому применению их в сельском хозяйстве препятствует бактериальная зараженность и
содержание тяжелых металлов. Если первое препятствие (технически и организационно) в
целом разрешимо, то второе — требует новых подходов, основанных на биотехнологических приемах.
В настоящее время в России и за рубежом проводится большая работа по селекции и
получению методами генетической инженерии микроорганизмов, способных при внесении
их в почву вместе с осадками продуцировать полимеры, переводящие тяжелые металлы в
неподвижные формы, и осуществляющие одновременно процесс азотфиксации (усвоение
атмосферного азота).
Уже не одно десятилетие насчитывает опыт применения красного калифорнийского
червя для получения биологически ценного удобрения (биогумуса) из клетчаткосодержащих
и широкого спектра органических отходов, а также для улучшения структуры почв, аэрирования. Прошедший через червя гумус обогащен всеми необходимыми аминокисло-тами,
микроэлементами.
Одним из наиболее распространенных и стойких загрязнений земель является нефть.
Естественная микрофлора, адаптируясь, способна разрушить загрязнения такого типа. Смешение загрязненной нефтью почвы с измельченной сосновой корой ускоряет на порядок
скорость разрушения нефти за счет способности микроорганизмов, существующих на поверхности коры, к росту сложных углеводородов, входящих в состав сосновой смолы, а также адсорбции нефтепродуктов корой. Такой биотехнологический прием получил назва-ние
«микробное восстановление загрязненной нефтью почвы».
Не менее перспективным и эффективным является бактериальный препарат «Путидойл», промышленный выпуск которого освоен в г. Бердске Свердловской области. Препарат представляет собой лиофилизированную (высушенную при низких температурах под ваку-умом) и дезинтегрированную клеточную массу бактерий рода Pseudo — топаз. Конкрет146
ные параметры и технология выращивания клеточной массы бактерий являются коммерческим секретом, ноу-хау авторов, но эффект огромный. Внесение путидойла на загрязненные
места (территории) с нефтью и нефтепродуктами позволяет через 1-3 суток полностью разрушить загрязнения до конечных продуктов (воды и углекислоты) и восстановить естественные свойства почв.
9.7. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ВОД
Биологическая очистка природных и сточных вод в настоящее время является достаточно изученным и. широко применяемым методом, значение и роль которого со временем
будет только возрастать в связи с требованиями экологичности и экономичности современных видов производств.
Однако такой способ в его настоящем применении позволяет разрушить только относительно простые органические и аммонийные соединения, так называемые «биологические
мягкие»-неорганически восстановленные (сульфиды, сульфиты, нитриты и др.) соединения,
токсины, комплексные соединения и сложные органические молекулы, удаляемые лишь частично при такой технологии, относятся к «биологическим жестким» органическим и аммонийным соединениям. Присутствие таких веществ как в очищенных сточных водах, так и в
осадках и илах представляет угрозу для окружающей природной среды. Поэтому разработка
методов детоксикации таких загрязнений — текущая и перспективная задача биотехнологии
очистки вод. Загрязнение биосферы вследствие выброса ксенобиотиков и других вредных
соединений, почти не включаемых в циклы углерода, азота, фосфора и серы, приводит к необратимым из-за кумуляции изменениям в генофонде.
Среди ксенобиотиков наибольшее распространение имеют гербициды и пестициды,
представляющие галогеносодержащие соединения и попадающие в водоемы из почвы и атмосферы. Если не применять специальные адсорбционные мембранные технологии или озонирование, то существующие станции очистки природных вод. Для хозяйственных целей не
обеспечат удаления ксенобиотиков. Это обстоятельство ставит проблему предварительной
очистки природных вод от ксенобиотиков, которая может быть решена путем экологизации
или прекращения выпуска соответствующих препаратов, или способами биотехнологии.
Для обеспечения стандартов качества очищенных вод, соответствующих нормативам
ВОЗ, современными приемами биотехнологии являются:
— селекция и конструирование искусственных микробных ассоциаций;
— совершенствование иммобилизационных комплексов;
— ферментативный катализ;
— физико-химические воздействия;
— генноинжениринговые комбинации.
147
Селекция и конструирование искусственных микробных ассоциаций заключается в поиске, выделении штаммов активных культур, исходя из их способности использовать те или
иные. Ксенобиотики по прямому метаболизму или в условиях соокисления (кометаболизма)
с последующим внесением их в качестве посевного материала в биореак-торах. Иммобилизация — это процесс, при котором клетки (ферменты) прикрепляются к какой-либо поверхности так, чтобы их гидродинамические характеристики отличались от показателей среды
обитания. При этом достигаются следующие положительные эффекты:
— сохранение практически постоянной биомассы в биореакторе за счет отсутствия
выноса ее с потоком очищаемой жидкости;
— создание пространственной сукцессии (распределения) микроорганизмов по ходу
движения жидкости с четким регулированием процесса;
— рост производительности, что уменьшает объем биореакторов;
— повышение устойчивости системы к неравномерности поступления сточных вод;
— регулирование процесса по составу носителей. Ферментативный катализ заключается в
воспроизводстве определенного вида ферментов или их препаратов для биодеструкции конкретного ксенобиотика и проведения процесса в биореакторах. При этом скорость возрастает
на 2-3 порядка, что позволяет уменьшить объем биореактора. К физико-химическим воздействиям относится интенсификация процесса биодеструкции загрязнения путем мутации
штампов за счет физических воздействий (ультразвука, ультрафиолетовых излучений, радиационное воздействие, высокочастотное электромагнитное облучение, омагничивание) или
химических воздействий (нитрозоамины, сильные окислители и пр.). За счет мутации штампов эффект очистки сточных вод повышается на 50-70%. Однако требуется периодическая
обработка биомассы, т. к. мутированные признаки со временем снижаются.
Более эффективный и перспективный метод очистки вод с заданными деструктивными
свойствами является геноинжениринговый. Он заключается в использовании методов рекомбинантной ДНК: соединений определенных катаболических последовательностей специфических генов, ответственных за деструкцию какого-либо звена молекулы ксенобиотика,
обеспечивающего его устойчивость. Введение в гены быстрорастущих штамбов позволяет
получить эффективные культуры, которые после помещения в биореакторы обеспечивают
эффективную детоксикацию вод.
9.8. БИОТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
Отходы растительности — это не подлежащие утилизация по экономическим, экологическим и санитарно-гигиеническим соображениям клетчаткосодержащие остатки: спад ли-
148
стьев; ботва свеклы, моркови, картофеля; листья капусты; очистки картофеля; образующиеся
в больших количествах стебли зерновых.
Локально, в небольших объемах эти отходы утилизируют, например, ботва свеклы и
рубленая солома идут на корм скоту. Солома после ее химической обработки служит сырьем
для производства дрожжей, из которых получают белковые корма. В сельском хозяйстве частично солому используют как подстилку скоту. Однако в больших количествах отходы растительности сжигают или вывозят на свалку, загрязняя тем самым ОПС.
Наиболее рациональный и сравнительно дешевый способ переработки отходов растительности — это компостирование.
Компостирование позволяет получить ценный продукт для внесения в почву в качестве
удобрения. Одновременно компостирование является процессом очистки, делающим низкоактивные отходы более безвредными для ОПС. Гуммифицированные продукты после внесения в почву быстро приходят в равновесие с экосистемой, не вызывая серьезных нарушений
в ней. Помимо остатков растительности компостированию могут быть подвергнуты городской мусор, сырой осадок и активный ил станций аэрации, измельченные автомобильные покрышки и т. п.
Важными параметрами процесса компостирования являются: соотношение углерода,
азота и фосфора, влажность, дисперсность, рН, аэрация, размер бурта. Исходное сырье для
компостирования должно быть освобождено от металла, стекла, пластмассы. Дисперсность
частиц. Для компостирования не должна препятствовать аэрации и отводу углекислоты. Соотношение углерода к азоту в оптимальных условиях составляет 25:1-30:1, а фосфора —
около 1:2. В качестве добавок, увеличивающих скорость процесса компостирования, применяют активный ил, компост, древесную щепу, опилки, солому. Оптимальная влажность 5060%, температура 55°С. Парциальная составляющая газовой среды должна быть не менее
30%. Аэрация снабжает микроорганизмы кислородом, отводит воду, теплоту, углекислоту.
Перемешивание предотвращает образование анаэробных зон, слеживаемость и рекомендуется 3-4 раза за весь процесс. Время компостирования 4-20 суток в автоматизированных установках (вращающихся) и до 3 месяцев — в стационарных (буртах). При компостировании высота
бурта не должна превышать 1,5 м, ширина бурта — 2,5 м, длина не ограничена.
Состав готового компоста варьирует в зависимости от исходного сырья и усреднение содержит
следующие компоненты: органическое вещество 75-80%; углерод 8-50; азот 0,4-3,5; фосфор 0,1-1,6;
калий 0,4-1,6; кальций (в виде СаО) — 0,7-1,5. Важным результатом является практически полная
непатогенность компоста, внесение которого рекомендуется, в зависимости от климатических условий, осуществлять 1 раз в 3 - 4 года из расчета 8-15 т/га.
149
9.9. Использование возобновляемых источников энергии — важное направление в области защиты окружающей среды
Энергетика является сердцем промышленного и сельскохозяйственного производства и
обеспечивает комфортное существование человечества. Основным энергоносителем в XIX
веке являлся уголь, сжигание которого приводило к росту выбросов дыма, сажи, копоти, золы, вредных газовых компонентов: СО, SO2, оксидов азота и т. д. Развитие научнотехнического прогресса привело к существенному изменению энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, городов и других населённых пунктов. Существенно
возросла доля таких энергоносителей, как нефть и газ, экологически более чистых, чем
уголь. Однако ресурсы их не беспредельны, что накладывает на человечество обязанность
поиска новых, альтернативных возобновляемых источников энергии. К ним относятся солнечная и атомная энергия, геотермальный и гелиотермальные виды энергии, энергия приливов и отливов, энергия рек и ветров. Эти виды энергии являются неисчерпаемыми и их производство практически не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.
Наиболее развиты в настоящее время атомные энергетические установки — АЭС. Доля
производства электроэнергии с помощью атомной энергии в ряде стран очень высока: в Литве она превышает 80%, во Франции — 75, в России достигает 13%. Следует лишь совершенствовать безопасность работы АЭС, что подтвердила авария на Чернобыльской и других
АЭС. Топливная база для их работы практически неограничена, общие запасы урана в морях
и океанах составляют примерно 4-109 т.
Достаточно широко применяются геотермальные и гелиотермалъные источники энергии. Циркулирующая на глубине 2-3 км вода нагревается до температуры, превышающей
100°С за счёт радиоактивных процессов, химических реакций и других явлений, протекающих в земной коре. В ряде районов земли такие воды выходят на поверхность. Значительные
запасы их имеются в нашей стране на Дальнем Востоке, Восточной Сибири, Северном Кавказе и других районах. Существуют запасы высокотемпературного пара и пароводяной смеси
на Камчатке, Курильских островах и в Дагестане.
Технологические процессы получения тепловой и электрической энергии из таких вод
достаточно хорошо разработаны, их себестоимость в 2-2,5 раза ниже тепловой энергии, получаемой В обычных котельных. На Камчатке работает геотермальная электростанция мощностью 5 кВт. Предполагается сооружать такие, но более мощные 100 и 200 МВт блоки. В
Краснодарском крае теплота подземных вод используется для теплоснабжения промышленных предприятий, населения, животноводческих комплексов, многочисленных теплиц.
За последнее время все шире используется солнечная энергия. Солнечные энергетические установки могут быть тепловыми, в которых используется традиционный паротур150
бинный цикл и фотоэлектрическими, в которых солнечное излучение с помощью специальных батарей преобразуется в электроэнергию и теплоэнергию. Стоимость таких гелиоэлектростанций пока ещё велика: для станций мощностью в 5-100 МВт она в 10 раз превышает
капитальные затраты ТЭС аналогичной мощности. Кроме того, для получения энергии требуются большие Площади зеркал — около 50 км2 на 109 кВтч электроэнергии. Солнечные
электростанции являются перспективными, так как они экологически чистые, а стоимость
произведённой на них электроэнергии будет неуклонно снижаться по мере совершенствования технологических процессов, оборудования и используемых материалов. Вода с
давних пор используется человечеством в качестве источника энергии. ГЭС остаются перспективными и экологически чистыми энергетическими установками при условии, если при
их строительстве не происходит затопления пойменных земель и лесных угодий.
К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Принцип
действия приливных электростанций основан на том, что энергия падения воды, проходящей
через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На
однобассейновой приливной электростанции двойного действия, работающей во время прилива и отлива, можно вырабатывать энергию четыре раза в сутки при наполнении и опорожнении бассейна в течение 4-5 часов. Агрегаты такой электростанции должны быть приспособлены для работы в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды. Крупная приливная электростанция работает во
Франции на берегу Ла-Манша, в устье р. Рапс. В России в 1968 г. пущена в эксплуатацию
небольшая электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислов. Разработаны проекты Мезенской приливной станции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской
— на берегу Охотского моря.
Энергию океана можно использовать, сооружая волновые электростанции, установки,
использующие энергию морских течений, разницу температур поверхностных теплых и глубинных холодных слоев воды или подлёдных слоев воды и воздуха. Проекты таких энергетических установок разрабатываются в ряде стран: США, Японии, России.
Перспективно использование энергии ветра. Ветроэнергетические установки до определённого предела не влияют на состояние окружающей среды. Парки ветроэнергетических
установок большой мощности построены в Германии, Дании, США и других странах. Единичная мощность таких установок достигает 1 МВт. В Швеции работает самая сильная в мире ветроэнергетическая установка мощностью 2 МВт. В России имеются районы благоприятные для строительства ветровых электростанций — на Крайнем Севере, АзовоЧерноморском регионе, где постоянно дуют северо-восточные ветры. Потенциальные мощности ветровых электростанций, которые могут быть построены на этих территориях, значи151
тельно превышают мощности существующих в настоящее время в России электро-станций.
Экономическая целесообразность использования энергии ветра для производства электроэнергии в больших масштабах и использования ветроэнергетических установок в энергетических системах изучена пока недостаточно. Исследования, проведённые в США, свидетельствуют о том, что, если затраты на сооружение подземных хранилищ нефти объёмом в 1
млрд. бареллей в совокупности со стоимостью этой нефти направить на строительство ветровых электростанций, то их мощность может быть доведена до 37 000 МВт, а количество
сэкономленной нефти составит 1,15 млрд. бареллей. В результате помимо экономии такого
ценного сырья, как нефть, существенно снизится вредная нагрузка на окружающую среду
при её сжигании в энергетических установках.
Одним из основных источников вредных веществ в окружающей среде является транспорт. Рассматривается возможность замены используемого в настоящее время углеводородного топлива на чистый водород, при сгорании которого образуется вода, позволила бы исключить проблему загрязнения атмосферы отработанными газами автомобильных двигателей. Использование водорода затрудняется тем, что в настоящее время недостаточно отработана технология его получения, транспортировки и хранения, что приводит к большим затратам электроэнергии при производстве водорода методом электролиза и высокой его стоимости. Совершенствование указанных технологических процессов позволит снизить стоимость водорода, который станет топливом, способным конкурировать по экономическим показателям с традиционными видами топлива, а по экологическим — превосходить их.
Замена автомобилей, работающих на углеводородном топливе, электромобилями также
позволит существенно снизить вредную нагрузку на окружающую среду. Исследования американских и японских фирм в этой области свидетельствуют о том, что их лучшие электромобили, работающие на никелево-цинковых батареях, вдвое мощнее, чем обычные свинцовые, при скорости 80 км/час и имеют дальность пробега около 400 км. Общий коэффициент
полезного действия таких электромобилей в настоящее время невелик и составляет 2% против 4,2% автотранспорта, работающего на углеводородном сырье. По мере совершенствования технологии изготовления аккумуляторных батарей электромобили будут
использоваться все шире, что позволит уменьшить вредное воздействие на окружающую
среду.
9.10. Основные направления развития малоотходных и ресурсосберегающих
технологий
Основным направлением рационального использования природных ресурсов и охраны
окружающей среды является разработка и использование мало- и безотходных технологий.
Понятие «полностью безотходная технология» условное, так как ни одно производство не
152
возможно без отходов. Даже природные круговые процессы сопровождаются образованием
отходов. Малоотходные и безотходные технологические процессы и системы должны функционировать таким образом, чтобы не нарушать естественного хода процессов, протекающих в природе.
Разработаны следующие рекомендации по организации малоотходных и ресурсосберегающих технологий:
— все производственные процессы должны осуществляться при минимальном числе
технологических этапов, поскольку на каждом из них образуются отходы и теряется сырьё;
— технологические процессы должны быть непрерывными, что позволяет наиболее
эффективно использовать сырьё и энергию;
— единичная мощность технологического оборудования должна быть оптимальной, что соответствует максимальному коэффициенту полезного действия и минимальным
потерям;
— при разработке нового технологического оборудования необходимо предусматривать широкое использование автоматических систем на базе компьютерной техники,
обеспечивающих оптимальное ведение технологических процессов с минимальным выходом
вредных веществ;
— выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть полезно использована, что позволит сэкономить энергоресурсы, сырьё и снизит тепловую
нагрузку на окружающую среду.
С учётом этих общих рекомендаций можно определить основные направления в совершенствовании малоотходных технологий для отраслей промышленности, наносящих урон
окружающей среде. Так, в энергетике необходимо шире использовать новые методы сжигания твёрдого топлива, например, в кипящем слое, а также оборудования, в частности, горелок с низким выходом вредных веществ, что способствуют снижению содержания вредных
веществ в отходящих газах; разрабатывать эффективные системы очистки этих газов от пыли
и оксидов серы и азота; использовать образующуюся золу и шлаки в производстве строительных материалов; применять экологически чистые источники энергии: термальных вод,
солнечную, ветра, воды.
В чёрной и цветной металлургии необходимо внедрение безотходных и малоотходных
технологических процессов, обеспечивающих экономное и рациональное использование
рудничного сырья:
— вовлечение в переработку газообразных, жидких и твёрдых отходов производств, снижение выбросов и сбросов вредных веществ с отходящими газами и сточными
водами;
153
— использование отвальных твёрдых отходов горного и обогатительного производства
в качестве строительных материалов, дорожных покрытий и т. д. вместо специально добываемых минеральных ресурсов;
— использование ресурсосберегающих процессов, позволяющих интенсифицировать
процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоносителей, снизить объём отходящих
газов и вредную нагрузку на окружающую среду;
— резкое сокращение расхода свежей воды и уменьшения количества сточных вод путём дальнейшего развития и внедрения безводных технологических процессов и бессточных
систем водоснабжения;
— разработка и широкое внедрение на металлургических предприятиях высокоэффективного очистного оборудования, а также устройств контроля и мониторинга окружающей
среды;
— разработка и внедрение новых малоотходных и безотходных процессов получения
стали: бездоменного и бескоксового, порошковой металлургии; автогенных процессов в
цветной металлургии.
На транспорте необходимо внедрение экологически чистых видов топлива (газа, неэтилированных бензинов), устройство каталитического дожигания и улавливания вредных веществ, широкое внедрение электромобилей.
В холодильной технике и технике кондиционирования переходить от хладагентов на
базе хлоросодержащих углеводородов (фреонов), разрушающих озоновый слой, к озонобезопасным смесям, состоящим только из фторуглеводородов.
В машиностроении разрабатывать системы водоочистки для гальванических производств, переходить к замкнутым системам рециркуляции воды и извлечению металлов из
сточных вод, в области обработки металлов шире внедрять получение деталей из пресспорошков.
В целлюлозно-бумажной промышленности внедрять процессы с низким расходом свежей воды на единицу продукции, используя замкнутые и бессточные системы промышленного водоснабжения; максимально использовать экстрагирующие соединения, содержащиеся в древесном сырье для получения целевых продуктов; совершенствовать процессы
отбеливания целлюлозы с помощью кислорода и озона; улучшать переработку отходов лесозаготовок биотехнологическими методами в целевые продукты; создавать производственные мощности по переработке бумажных отходов, в том числе макулатуры.
Вопросы для самопроверки:
1. Дайте понятие малоотходной и безотходной технологии.
2. Какие вы знаете три группы инженерно-экологических природозащитных мероприятий?
3. В чём заключается сущность организационно-технических мероприятий?
154
4. В чём заключается сущность технологических мероприятий?
5. Сущность плановых и оперативных организационных природозащитных мероприятий.
6. Что такое концентрация вредной примеси?
7. Назовите основные элементы системы водного хозяйства населённого пункта.
8 Что такое экология водоотведения?
9. Назовите основные методы очистки сточных вод.
10. Что такое экологический паспорт водного хозяйства предприятия?
11. Роль биотехнологии в охране природы.
12. Природные последствия биотехнологии.
13. Биотехнология переработки отходов.
14. Биотехнология защиты атмосферы.
15. Биотехнология охраны земель.
16. Биотехнология очистки вод.
17. Биотехнология переработки отходов растительности.
18. Возобновляемые источники энергии и значение их использования для защиты окружающей среды.
19. Назовите основные направления развития малоотходных и ресурсосберегающих технологий в
наиболее экологически вредных отраслях промышленности.
Тема 10
ЭКОНОМИКА ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Сущность экономического механизма охраны окружающей среды. Природные кадастры. Источники финансирования природоохранных мероприятий. Экологические фонды. Экологическое страхование. Платность природных ресурсов. Расчёт экономического эффекта природоохранных мероприятий.
10.1. Основные положения и сущность экономического механизма охраны окружающей среды
Современные
темпы
экономического развития
обострили проблему ограничен-
ности природных ресурсов, возникла необходимость повышения экологических требова-ний
к экономике. Следует подчеркнуть, что само экономическое развитие внутренне противоречиво: с одной стороны, оно порождает ряд острых экологических проблем, а с другой — в
самом экономическом развитии заложена основа для устранения этих противоречий. Раскрыть природу этих противоречий — значит понять связь двух систем: общественного производства и окружающей среды. При этом необходимо помнить, что в системе «экономика—
среда» не может быть отдано предпочтение ни одной части. Необходимо обеспечить такое
взаимодействие, при котором высокие темпы расширенного воспроизводства, экономического роста и повышения народного благосостояния сочетались бы не только с сохранением, но и непрерывным улучшением и развитием как отдельных компонентов, так и всей
окружающей природной среды.
Современная экологическая ситуация вызывает необходимость комплексного рассмотрения хозяйственных проблем под углом зрения требований окружающей природной среды,
и в то же время природной среды под углом зрения требований экономического развития
общества.
155
Социальная значимость проблемы делает очевидной роль общественных наук. Проблема охраны природы тесно связана с политикой, идеологией, социальной сферой и в первую,
очередь — с экономикой.
Противостояние экономики и экологии — узловая проблема охраны окружающей природной среды. Ранее ее пытались решать путем административно-командных методов воздействия на основе запретов, ограничений, мер уголовного и административного наказания.
Если метод административного воздействия исходит из отношений власти и подчинения, то экономический механизм опирается на материальную заинтересованность исполнителя в достижении реальной цели. В основу экологической экономики входят как постоянно
действующие институты, так и новая совокупность признаков, возникшая на базе перехода к
рыночным отношениям.
Постоянно действующие институты: природные кадастры, меры по материальнотехническому и финансовому обеспечению, платность за использование природных ресурсов; платежи за загрязнение окружающей природной среды; льготы по кредитованию, налогообложению; освобождение от обложения налогами.
К новым экономическим стимулам относятся: экологическое страхование, установление повышенных норм амортизации основных природоохранных производственных фондов,
введение поощрительных цен на экологически чистую продукцию и снижение — на экологически неблагоприятную, формирование банка экологических услуг, совершенствование
договорных отношений, где видное место занимает экономический механизм регулирования
— договоры на комплексное природопользование, аренду, передачу в постоянное пользование объектов, охрану памятников природы и т. д.
10.2. Природные кадастры
Кадастры природных ресурсов — это свод экономических, экологических, организационных и технических показателей, который характеризует количество и качество природного
ресурса, а также состав и категории природопользователей.
Данные кадастров лежат в основе рационального использования природных ресурсов,
охраны природной среды; на их базе определяется денежная оценка природного ресурса, его
продажная цена, система мер по восстановлению и оздоровлению окружающей среды.
Единого кадастра природных ресурсов не существует. Они Представлены по видам
природных ресурсов и образуют определенную экономико-правовую структуру.
Земельный кадастр. В соответствии с Земельным кодексом РСФСР 1991 г. (ст. 110) в
земельный кадастр включены следующие основные сведения: качественный состав почв,
распределение земель по использованию, собственники земли (владельцы, арендаторы, пользователи).
156
Данные кадастровой оценки земель учитывают при планировании использования земель, распределении по целевому назначению, их предоставлению или изъятию, при определении платежей за землю, для оценки степени рационального использования земель. Ведение земельного кадастра поручено органам Государственного комитета по земельным ресурсам и землеустройству Российской Федерации (Роскомзем).
Кадастр месторождений полезных ископаемых. Характеристика кадастра дается в Законе РФ о недрах (ст. 30, 32). Его ведет Комитет по геологии и использованию недр
(Роскомнедра). Кадастр включает в себя сведения о ценности каждого месторождения полезных ископаемых, горнотехнические, экономические, экологические условия их разработки.
Водный кадастр. В соответствии с постановлением Правительства РФ от 23 апреля
1994 г., задачи государственного водного кадастра следующие: текущая и перспективная
оценка состояния водных объектов с целью планирования использования водных ресурсов,
предотвращения истощения водоисточников, восстановления качества воды до нормативного уровня. Головной организацией здесь является Росгидромет. Однако использование воды
находится под контролем Роскомвод, а подземными водами занимается Роскомнедра.
На основе материалов водного кадастра определяется целевое использование вод, проводится паспортизация водных объектов, изъятие из хозяйственного оборота наиболее ценных, вводятся ограничительные меры по водопользованию с целью охраны водоисточников.
Лесной кадастр. Его ведет Федеральная служба лесного хозяйства при Правительстве
РФ и ее органы на местах (Рослесхоз). В соответствии со ст. 77 Основ лесного законодательства. Лесной кадастр содержит сведения о правовом режиме лесного фонда, о количественной и качественной оценке состояния лесов, о групповом подразделении и категории лесов
по их защищенности, дается экономическая оценка леса.
Сведения лесного кадастра используются для определения экономической и экологической значимости лесов, при выборе сырьевых баз для заготовки древесины, для проведения
лесовосстановительных работ, замены малопродуктивных лесов высокопродуктивными лесными угодьями.
Реестр охотничьих животных ведет Управление охоты и охотничьего хозяйства, которое находится в ведении Минсельхозприроды России. На основании этого реестра ведется
количественный и качественный учет животных охотничьего фонда, устанавливаются резкие
ограничения охоты на те виды, которые проявляют устойчивые тенденции к сокращению
популяций.
Реестр рыбных запасов в количественных и качественных показателях по внутрихозяйственным водоемам составляет Комитет по рыболовству.
157
Своеобразным кадастром редких животных и растений служат Красная книга Российской Федерации, Красные книги республик, краев и областей. Функции кадастра также выполняет Реестр природно-заповедных территорий и объектов — заповедников, национальных парков, памятников природы. Функции по ведению двух вышеперечисленных реестров
возложены на Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов (Минприроды России). Наконец, на Минприроды РФ возложены функции по ведению Реестра загрязнителей, в котором ведется учет загрязнителей окружающей природной среды, выбросов, сбросов, захоронений и их количественная и качественная оценка.
10.3. Источники финансирования природоохранных мероприятий
Основными источниками финансирования мероприятий по охране окружающей природной среды являются бюджеты Российской Федерации автономных областей, автономных
округов, областей, краев и местных органов самоуправления. К ним также относятся Федеральный и территориальный экологические фонды, собственные средства предприятий.
Анализ действующих правовых документов, в той или иной Мере отражающим проблему финансирования природоохранной Деятельности, показал, что в формировании бюджетной системы РФ активную роль начинает играть сфера природопользования 1й охраны
природы. В доходную часть бюджета всех уровней зачисляются соответствующие налоги,
платежи и отчисления за пользование природными ресурсами и загрязнение окружающей
среды. Аккумулированные в доходной части средства согласно законодательным актам РФ
предполагается целевым назначением использовать на финансирование природоохранной
деятельности.
Средства в региональный и местный бюджет поступают за счет платежей в сфере природопользования и охраны природы. Законодательством РФ также установлено, что из бюджета вышестоящего уровня в бюджет нижестоящего могут поступать дотации, субсидии,
субвенции, которые предусматривают и целевое инвестирование природоохранной деятельности. Например, в соответствии с Законом РФ "О субвенциях республикам в составе Российской Федерации, краям, областям, автономной области, автономным округам, Москве и
Санкт-Петербургу" на реализацию инвестиционных экологических программ может предоставляться финансовая помощь в виде субвенций из Федерального бюджета и внебюджетных фондов.
10.4. Экологические фонды
Для обеспечения надежного финансирования различных видов природоохранной деятельности в Российской Федерации создается система экологических фондов, включающая
Федеральный экологический фонд, соответствующие республиканские (краевые, областные
158
и местные) экологические фонды, страховые фонды окружающей среды, экологические
фонды предприятий.
Федеральный экологический фонд — внебюджетная государственная организация,
осуществляющая свою деятельность под общим руководством Правления, сформированного
Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ. Основной задачей
фонда является финансирование всех видов природоохранной деятельности, имеющих общефедеральное и межрегиональное значение. Средства фонда формируются за счет отчислений республиканских, краевых и областных экологических фондов в размере 10% собственной коммерческой, инвестиционной, банковской, страховой, издательской и иной деятельности, отчислений из республиканского бюджета, а также средств, получаемых от проведения денежно-вещевых лотерей, аукционов и иных благотворительных акций.
Правление ежегодно отчитывается о расходовании средств перед собранием представителей республиканских, областных, краевых комитетов по экологии и природопользованию.
Учредителями республиканских, краевых и областных экологических фондов являются
соответствующие комитеты по экологии и природопользованию. Эти экологические фонды
являются юридическими лицами и действуют самостоятельно в пределах утвержденных
смет, имеют самостоятельный баланс и могут иметь отделения и филиалы. Средства этих
фондов не подменяют другие источники финансирования по проектам социальноэкономического развития территории, плановые природоохранные мероп-риятия природопользователей. Они служат дополнительным источником финансирования и кредитования
для:
—
строительства, технического перевооружения, реконструкции и капиталь-ного
ремонта объектов природоохранного назначения, включая городские очистные сооружения,
канализацию, и других природоохранных мероприятий территориального назначения;
— создания и усовершенствования автоматизированных систем мониторинга и технических средств для них, разработки, приобретения и аренды приборов, оборудования и техники для осуществления контроля;
—
развития
собственной
материально-технической
экологии и природопользованию (приобретение
техники
машин,
базы местных комитетов по
приборов,
вычислительной
и т.д.);
— создания местной информационной системы сбора, хранения, систематизации и обработки экологической информации и информации по территории;
— создания и развития заповедников, заказников, национальных парков и сохранения
памятников природы;
159
— научных и практических работ по созданию ресурсосберегающих и природоохранных видов техники и технологии;
— исследовательских работ по изучению территории и раз-Вития рынка экологических
услуг;
— проведения работ по экологической экспертизе объектов;
— создания предприятий с целью решения экологических проблем;
— проведения мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения,
охраны и воспроизводства нарушенных хозяйственной деятельностью отдельных природных
экосистем;
— организации экологического образования и воспитания пропаганды экологичес-ких
знаний, издательской деятельности по экологии и природопользованию.
Часть средств (до 5%) экологических фондов может быть использована на строительство объектов здравоохранения, для восстановления здоровья трудящихся, заболевания
которых связаны с загрязнением окружающей среды.
Экологические фонды, являясь неотъемлемой частью экономического механизма регулирования природопользования, образуются за счет средств, поступающих от предприятий,
учреждений и организаций, отдельных граждан, а также физических и юридических иностранных лиц. Данные фонды формируются за счет следующих платежей:
— за загрязнение окружающей среды;
— за сверхнормативное использование природных ресурсов (также потери);
— платы по искам в возмещение ущерба;
— штрафов за нарушение природоохранного законодательства, экологических норм,
правил и стандартов;
— средств от реализации конфискованных орудий охоты и рыболовства, а также продажи незаконно добытых с их помощью продукции и природных ресурсов;
— добровольных взносов.
Также в эти фонды поступают:
— отчисления на природоохранные мероприятия из государственного и местного бюджетов;
— средства, получаемые в виде дивидендов, процентов по вкладам от долевого участия
в деятельности совместных предприятий, иных юридических лиц и кредитов;
— доходы от издательской, хозяйственной, коммерческой и иной деятельности;
— средства от проведения денежно-вещевых лотерей и различных благотворительноэкологических мероприятий;
— прибыль от средств, размещенных в качестве депозитов в банках;
160
— средства из иных источников, не противоречащих существующему законодательству.
Экологические фонды предприятий. В перспективе предполагается формировать за
счет отчислений от прибыли, а также других поступлений. Прибыль, направляемая в эти
фонды, не подлежит налогообложению. Средства данных фондов необходимо исполь-зовать
для осуществления природоохранных мероприятий до достижения выбросами установленных стандартов.
Для начала необходимо ввести систему экономического стимулирования природоохранной деятельности, включающую льготное налогообложение, льготное кредитование и
субсидирование проектов по охране природы, ускоренную амортизацию природоохранных
основных фондов.
Система налоговых льгот должна включать:
— уменьшение налогооблагаемой прибыли при осуществлении природоохранных мероприятий;
— налоговые льготы для предприятий, выпускающих природоохранное оборудо-вание,
материалы и реагенты, приборы и оборудование для экологического мониторинга, а также
оказывающих производственные услуги экологического характера (эксплуатация городских
водоочистных сооружений, сбор, утилизация и захоронение бытовых отходов, строительство, реконструкция природоохранных объектов и т. п.).
Для льготного налогообложения также желательны:
— уменьшение суммы дохода, облагаемого налогом;
—
прямое сокращение налогов (с использованием коэффициентов, дифферен-
цированных по системе льготного налогообложения);
— исключение отдельных видов расходов из валового дохода;
— соответствующее использование подсистемы налогового кредита.
При расчете облагаемой налогом суммы дохода может быть предусмотрена ускорен-ная
амортизация основных фондов при условии выполнения всех требований охраны окружающей среды.
В этом случае от налогов освобождаются суммы дохода, равные разности между амортизационными отчислениями, принятыми в системе бухгалтерского учета, и нормативами
вводимой налоговой амортизации.
Система стимулирования НИОКР в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов может предусматривать скидки с дохода для налогообложения (для предприятий хозрасчетных) в первый год в размере до 100%, включая текущие и капитальные затраты.
161
Экологические критерии, по которым регулируется система налогообложения, следующие:
— степень соответствия фактического уровня ресурсоиспользования и ресурсосбережения региональным предельным нормативам;
— нормативные нагрузки на окружающую природную среду
— территориальные лимиты природопользования;
— необходимые темпы перестройки народнохозяйственных структур на экологической
основе;
— уровень основных капитальных вложений в природоохранные мероприятия, оцениваемый с учетом эколого-экономической эффективности этих мероприятий;
— природоохранная ценность территории. Экологические льготы предоставляются в
зависимости от типа предприятий, размеров и направления их развития, видов потребляемых
(охраняемых) ресурсов, характера конечной продукции во взаимосвязях с лимитом техногенной нагрузки на территорию.
Регулирование системы налогообложения по экологическим критериям осуществляется
на республиканском, краевом и областном уровнях в соответствии с компетенцией соответствующих органов управления.
Потери бюджетных доходов за счет внедрения налоговых льгот могут компенсироваться за счет поступлений по дополнительному налогообложению продукции предприя-тий,
выпускающих экологически опасную продукцию или применяющих экологически опасные
технологии или оборудование.
К территориям с высокой экологической напряженностью должно также применяться
льготное налоговое обложение.
10.5. Экологическое страхование
Российское законодательство определяет страхование как отношения по защите имущественных интересов физических и юридических лиц при наступлении предусмотренных
событий за счет денежных средств (фондов), которые создаются из уплачиваемых ими страховых взносов. Применительно к Закону РФ о страховании, экологическим страхованием
следует считать также отношения, направленные на защиту имущественных интересов граждан и юридических лиц при наступлении экологически неблагоприятных обстоятельств за
счет денежных фондов, создаваемых страхователями.
Необходимость подобного страхования в принципе предусмотрена ст. 23 Закона РФ
«Об охране окружающей природной среды». Закон допускает обе формы страховых отношений — обязательную и добровольную, но называет лишь один вид страховых отношений —
162
страхование физических и юридических лиц, объектов, их собственности и доходов на случай экологического или стихийного бедствия, аварий и катастроф.
Минприроды России и Российская государственная страховая компания утвердили в
1992 г. Положение о порядке добровольного экологического страхования в Российской Федерации. Положение вводит новый вид экологического страхования, отличный от указанного
в Законе. Страхователями выступают причинители вреда (предприятия, потенциально опасные для аварий и катастроф), которые в силу непреднамеренных обстоятельств, приведших к
авариям и катастрофам, вынуждены нести расходы для удовлетворения претензий граждан и
юридических лиц по возмещению нанесенного им ущерба.
Таким образом, цель экологического страхования — предоставление страховой защиты
имущественных интересов третьих лиц от непреднамеренного и неожиданного загрязнения
окружающей среды.
Страхователями здесь являются предприятия, учреждения, организации всех форм собственности, имеющие производственные мощности на территории России. Обычно это
предприятия, которые представляют объективную потенциальную опасность. Для возникновения аварийных ситуаций или катастроф (химические заводы, атомные реакторы, нефтегазопроводы, транспорт). Страхование является добровольным. Поэтому страхователи заключают договор с государственной страховой компанией, где предусматривается страховая
оценка договора, страховые платежи, порядок и условия их выплаты. Страховая оценка в
добровольном экологическом страховании — это размер годового оборота предприятия, т. е.
выручка от реализации продукции оказания услуг.
Страховые платежи уплачиваются по тарифным ставкам, которые устанавливаются в
процентах от годового оборота предприятия. Все споры, возникающие в связи с реализацией
договора экологического страхования, решаются в суде.
Объектом экологического страхования в этом случае является риск имущественной ответственности, который выражается в предъявлении страхователю имущественных претензий о возмещении ущерба за загрязнение земель, вод, воздуха в результате наступления
страхового события.
Страховым событием в данном виде экологического страхования является внезап-ное,
непредвиденное нанесение ущерба окружающей среде в результате аварий, привед-ших к
неожиданному выбросу загрязняющих веществ в атмосферу, к загрязнению почвы, сбросу
сточных вод.
Непременным условием наступления страхового события (а, следовательно, и выдачи
страхового вознаграждения) являются два фактора: внезапность, что лишает возможности
принять защитные меры до наступления события, и непреднамеренность,
163
т. е. отсутствие умысла со стороны предприятия-загрязнителя. Отсутствие данных условий
(например, предприятие неоднократно предупреждалось о возможности аварии, или, зная о
потенциальной опасности аварии, проявило медлительность, самонадеянность в ее предотвращении) лишает права на страховое возмещение.
Потерпевшие ущерб граждане и юридические лица в таком случае обращаются в суд в
порядке искового производства. Иск о возмещении причиненного ущерба суд, арбитражный
суд должен рассматривать, опираясь на ст. 88 Закона РФ «Об охране окружающей природной среды», которая конкретизирует гражданско-правовую ответственность за причиненный
вред источниками повышенной опасности.
Страховое возмещение выплачивается страхователю в размере, который обусловлен заключенным договором. Оно включает в себя несколько показателей:
— компенсацию ущерба;
— выплату убытка от ухудшения условий жизни и окружающей среды;
— компенсацию расходов по очистке территории, по спасению жизни и имущества.
Страховщик может отказать в выплате страхового возмещения в нескольких случаях.
Например, при невыполнении страхователем предупредительных мер по требованию страховщика; при небрежности страхователя в выполнении своих обязанностей после наступления страхового события.
10.6. Платность природных ресурсов
Введение платежей за использование природных ресурсов - прямое следствие преобразования природоресурсных отношений, проводимых на базе рыночных реформ. Установление такой платы стало возможным после отмены исключительной государственной монополии на землю и другие природные ресурсы, превращения земель и других ресурсов в объект
купли—продажи и гражданско-правовых сделок. При установлении платности за пользование природными ресурсами ставились следующие задачи:
1. Повышение заинтересованности производителя в эффективном использовании природных ресурсов и земель.
2. Повышение заинтересованности в сохранении и воспроизводстве материальных ресурсов.
3. Получение дополнительных средств на восстановление и воспроизводство природных ресурсов.
Законом РФ «Об охране окружающей природной среды» (ст.20) предусмотрено два вида платежей за ресурсы природы: за право пользования природными ресурсами и за загрязнение окружающей природной среды.
164
Плата за использование природных ресурсов включает: плату за право пользования ресурсами; выплаты за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов;
выплаты на воспроизводство и охрану природных ресурсов.
1. Плата за землю производится в трех формах: земельный налог, арендная плата, нормативная цена земли.
Ставки налога на сельскохозяйственные земли (угодья) устанавливаются с учетом состава почвы, качества площади и месторасположения площадей.
Средние ставки налога дифференцируются субъектами Федерации, а по городским землям — местными органами самоуправления.
подземными водами правильнее было бы направлять в фонды восстановления и охраны
водных объектов.
4. Формы платы за пользование лесными ресурсами и установлены Основами лесного
законодательства РФ в виде лесных податей, арендной платы, отчислений в фонды воспроизводства, охраны и защиты леса.
Лесные подати (точнее, лесной налог) взимаются за древесину (отпускаемую на корню), заготовку живицы, побочных лесных материалов, за сенокошение, а также за пользование лесом для нужд охотничьего хозяйства, в культурно-оздоровительных, туристических и
спортивных целях.
Размеры лесных податей определяются по ставкам за единицу продукции (при пользовании лесом) или по гектарным ставкам эксплуатируемой площади лесного фонда. Принципы определения ставок лесных податей устанавливаются субъектами Федерации, а конкретные размеры ставок налогов — местными органами самоуправления.
Лесные подати могут вноситься (по договоренности) лесопользователей в форме денежных платежей, произведенной продукцией или предоставлением услуг. Лесные подати
поступают в бюджеты городов и районов. Часть средств направляется на охрану и защиту
лесов.
Арендная плата вносится за аренду лесного фонда. Принципы определения и взимания
арендной платы устанавливаются представительными органами субъектов Федерации. Конкретный ее размер определяется городскими, районными органами самоуправления. Вся
арендная плата поступает в бюджет города или района по месту аренды.
Фонд воспроизводства, охраны и защиты лесов создается за счет отчислений лесопользователей. Размер отчислений определяется в процентах от стоимости заготовленной лесной
продукции — древесины как заготовленной, так и переработанной, реализованной, израсходованной на собственные нужды, исчисленной по ценам реализации.
165
Фонд воспроизводства является государственным внебюджетным фондом. Его средства
расходуются на воспроизводство, охрану, защиту лесов; на содержание лесной охраны, лесоустройство, учет, мониторинг лесов, организацию пользования лесным фондом. Размеры отчислений в этот фонд, порядок их взимания, распределения между субъектами Федерации и
местными органами — весь этот комплекс вопросов устанавливается в Положении, которое,
согласно Основам лесного законодательства, утверждается Правительством России.
5. Плата за пользование растительными ресурсами регламентируется Основами лесного законодательства, правительственными постановлениями, нормативными актами Минприроды РФ. Она определяется местными органами управления и отчисляется в местный
бюджет района или города. Это — плата за сбор лекарственных трав и сырья, проводимый
заготовителем; сбор плодов, ягод; за заготовку технического сырья.
6. Плата за ресурсы животного мира предусматривается в виде разнообразной платы за
пользование животным миром в виде охоты, отлова животных, использования продуктов их
жизнедеятельности и т. д. Другой формой платы служит арендная плата за право пользования охотничьими угодьями. Ставки платы за право пользования животным миром, включая
охоту и ловлю рыбы, определяются местными исполнительными органами совместно с органами охоты и рыболовства. Поступающие платежи перечис-ляются в местный бюджет и используются на улучшение ведения охотничьего хозяйства, воспроизводство рыбных запасов.
7. Плата за загрязнение окружающей природной среды является одним из видов платности в использовании природных ресурсов. Ее сущность имеет три значения: компенсационное, стимулирующее и экологическое.
Во-первых, плата за загрязнение направлена на компенсацию вреда, причиняемого природной среде, здоровью человека, материальным ценностям. В отличие от юридической ответственности, которая наступает по факту правонарушения, обязанность платы за загрязнение возникает по факту правомерного, разрешенного компетентными органами государства
причинения вреда, независимо от вины хозяйствующего субъекта.
Во-вторых, установленная плата взимается в бесспорном порядке за счет прибыли или
себестоимости продукции предприятия-загрязнителя, и на этой основе должна стимулировать сокращение выбросов, сбросов вредных веществ. Это главный ключ экологизации хозяйственной деятельности, пользуясь которым можно сделать охрану окружающей природной среды экономически выгодным делом.
В-третьих, платежи за загрязнения служат главным источником образования и пополнения внебюджетных экологических фондов, средства которых используются для оздоровления и охраны окружающей природной среды. В этом проявляется экологическое значение
платы.
166
Правовое регулирование платежей за загрязнение обеспечивается Законом РФ «Об
охране окружающей природной среды» (ст. 20) и постановлением Правительства РФ от
26.08.92 г., в которых утвержден порядок определения платы за загрязнение и ее предельные
размеры. В ноябре 1992 г. Минприроды утвердило базовые нормативы платы за загрязнение.
Законом предусматривается три вида платы за загрязнение: за выбросы, сбросы вредных веществ в пределах установленных лимитов; выбросы, сбросы вредных веществ сверх
установленных норм либо без разрешения компетентных органов; плата за размещение отходов.
Порядок установления платы состоит из трех этапов: определение базовых нормативов
платы; дифференцированных ставок; конкретных размеров платы за загрязнители.
Базовые нормативы определяются по каждому виду загрязнителя или виду вредного
воздействия (шум, электромагнитное излучение) с учетом степени их опасности для окружающей среды и здоровья населения. Нормативы разрабатываются Минприроды России с
участием Госкомсанэпиднадзора, Министерства экономики и Министерства финансов, исполнительных органов субъектов Федерации.
Базовые нормативы представлены в двух видах — за выбросы, сбросы, размещение отходов в пределах установленных нормативов; сверх установленных нормативов, но в пределах утвержденных лимитов или временно согласованных выбросов.
Дифференцированные нормативы исчисляются Минприроды на основе базовых, но с
поправкой на экологическую ситуацию и экологические факторы соответствующих регионов. К последним относятся природно-климатические, экономические особенности территорий, значимость охраняемых природных объектов. Дифференцированная ставка платежей
для конкретных регионов, бассейнов рек и морей определяется умножением коэффициента,
отражающего экологические особенности региона, на базовую ставку платежей.
Конкретные размеры платежей за загрязнение для предприятий-загрязнителей определяются исполнительными органами власти города, района с участием органов охраны
окружающей среды, санэпиднадзора и предприятия.
Порядок определения размера такой платы для отдельного хозяйствующего субъекта
дается в постановлении Правительства от 28 августа 1992 г. (пп. 3, 4, 5). При отсутствии у
природопользователя разрешения на выброс вредных веществ плата за загрязнение устанавливается как за сверхлимитное загрязнение окружающей среды. Причем, с учетом экологической ситуации местные исполнительные органы вправе повышать коэффициенты экологической значимости. Так, в крупных городах и промышленных центрах такое повышение разрешается до 20%, в зонах экологического бедствия, районах Крайнего Севера, на территории
167
национальных парков, особо охраняемых, в том числе заповедных территориях, экологокурортных регионах — в два раза.
Платежи за выбросы и размещение отходов производятся за счет себестоимости продукции, а платежи за превышение лимитных загрязнений — за счет прибыли, которая остается в распоряжении предприятия-загрязнителя. Перечисление средств производится предприятием в сроки, которые согласовываются с территориальными органами охраны окружающей среды.
Из общей суммы 10% платежей подлежит перечислению в доход федерального бюджета для финансирования деятельности территориальных органов Минприроды РФ, а остальные 90% — в экологические фонды согласно установленному проценту зачисления.
Очень важно отметить следующие два обстоятельства. Во-первых, платежи за загрязнение носят налоговый характер, поэтому их неуплата дает право органам Минприроды взыскивать эти платежи с предприятий в безакцептном порядке. Во-вторых, постановлением
Правительства так разъясняется вытекающий из действующего законода-тельства факт: если
платежи предприятия равны или превышают размер прибыли, которая остается в распоряжении предприятия, то местными органами охраны окружающей среды или органами
санэпиднадзора рассматривается вопрос о приостановлении или прекращении деятельности
данного хозяйствующего субъекта.
10.7. Расчёт экономического эффекта природоохранных мероприятий
Расчёт экономического эффекта природоохранных мероприятий основывается на сопоставлении затрат на их осуществление с экономическим результатом, достигнутым благодаря этим Мероприятиям. Этот результат выражается величиной ликвидированного или
предотвращённого экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса.
Превышение экономического результата над затратами на его достижение свидетельствует об экономической эффективности природоохранного мероприятия. Разность между
результатом и затратами характеризует экономический эффект.
Общая (абсолютная) экономическая эффективность Э3 определяется как отношение годового полного экономического эффекта к приведённым затратам на осуществление мероприятия по следующей формуле:
Ээ = С + Ен • К'
(1)
где: Э — эффект, полученный в течение года; С — текущие затраты в течение года; К — капитальные вложения, определившие эффект; Ен — норматив эффективности для приведения
капитальных вложений к годовой размерности.
168
Если эффект Э является результатом проведения долговременного мероприятия, растянувшегося на несколько лет, то можно рассчитать интегральный эффект £Э за период, превышающий срок окупаемости
t = _1___
Тогда эффективность затрат
Ен.
К определится по формуле:
∑Э
Ээ= ----------------
(2)
∑ (С+К)
Первичный эффект Эпэ., т. е. эффект от снижения отрицательного воздействия на среду
(например, от снижения загрязнения), рассчитывается по выражению:
Эп.э. = ____Δ_В__
С + Ен • К
(3)
где: ΔВ — снижение показателя отрицательного воздействия на среду (например, предельно допустимой концентрации вредных веществ в атмосфере или воде).
Этот же первичный эффект может быть выражен следующей формулой:
Эпэ = ___Р____
С + Ен-К
(4)
.
где: Р — показатель, характеризующий улучшение состояния окружающей среды в
данной местности.
Экономический эффект от природоохранных мероприятий может быть определён как
общий — по приросту чистой продукции при стоимости природного ресурса (согласно его
экономической оценке), а также как хозрасчётный — по приросту прибыли {предприятия
или снижению себестоимости продукции.
Экономический эффект, получаемый от сокращения ущерба ВДУ и увеличения прибыли предприятия ДП, может быть определён по формуле:
Э = ДУ + ДП/(С + Ен • К),
(5)
Абсолютная эффективность дополнительных капитальных наложений на природоохранные мероприятия для предприятия составляет:
Абсолютная
экономическая
деляется по формуле:
эффективность
природоохранных мероприятий опре-
∑∙∑ Эij
Эфп =---------------------
(6)
С + ЕН К
где: Эу — экономический эффект i-ro вида на j-м объекте; Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,16.
169
Временной типовой методикой рекомендуются формулы для определения эффекта по
отдельным видам повышения качества промышленной продукции, рыбного и сельского хозяйства, увеличения продуктивности сельскохозяйственных угодий, эффекта от потерь сырья, топлива, ценных компонентов с твёрдыми отводами, неочищенными сточными водами,
отходящими газами, от мероприятий по предотвращению гибели или снижения продуктивности лесных насаждений.
При расчёте эффективности капитальных вложений на охрану окружающей среды различают народнохозяйственный и хозрасчётный эффекты природоохранных мероприятий.
Народнохозяйственный эффект от снижения или предотвращения потерь природных
ресурсов рассчитывается как разность экономических оценок этого ресурса до и после проведения природоохранного мероприятия или как прирост чистой продукции, полученной из
природного ресурса за счёт проведения мероприятия.
Хозрасчётный эффект от предотвращения потерь природного ресурса и снижения его
качества определяется по приросту прибыли.
Сравнительную эффективность капитальных вложений природоохранного назначения
рекомендуется определять на основе приведённых затрат.
Социальный эффект характеризуется следующими показателями:
— эффектом от предотвращения потерь чистой продукции вследствие заболеваемости
из-за загрязнения среды:
Эч .п. = Бб ∙ Пч (Р2-Р1),
(7)
где: Бб — число работающих, отвлечённых от производства по болезни или уходу за
больными; Пч — чистая продукция на один человеко-день работы; Рх и Р2 — трудоёмкость
одного работающего до и после проведения мероприятия, чел.-дни;
— эффектом от сокращения выплат из фонда социального страхования в результате тех
же причин:
Эс = Б3 - ВП (Р2 -Р1),
(8)
где: Б3 — число работающих, получающих пособия вследствие заболеваемости из-за
загрязнения среды; Вп — средний размер пособия;
— эффектом от сокращения затрат общества на лечение трудящихся, заболевших в результате загрязнения среды:
Эз.г. = Ба • Да • За + Бс • Дс • Зс,
(9)
где: Ба и Бс — число больных соответственно в поликлиниках и стационарах, лечащихся от заболеваний, вызванных загрязнением окружающей среды; Да и Дс — средняя продолжительность болезни одного больного; За и Зс — средние затраты на лечение, приходящиеся
на одного больного в день в поликлинике и стационаре;
170
— экономическими эффектами от улучшения использования трудовых ресурсов, материалов и оборудования.
Общий эффект от повышения производительности труда в отраслях материального
производства рассчитывается по приросту чистой продукции, а в непроизводственной сфере
— по сокращению затрат. Хозрасчётный эффект рассчитывается по приросту прибыли или
экономии затрат.
Общий эффект от сокращения сырья, топлива и материалов, Частности в отходах, сточных водах, газах и пыли исчисляется цо приросту чистой продукции, а хозрасчётный — по
приросту прибыли.
Общий эффект от лучшего использования оборудования вследствие улучшения окружающей среды определяется приростом чистой продукции в связи с сокращением простоя
оборудования в ремонте, уменьшением затрат на все виды ремонтов и обслуживания, ростом
производительности труда работников. Хозрасчётный эффект рассчитывается по приросту
прибыли от сокращения затрат на ремонты и от увеличения срока службы оборудования по
формуле:
Эх = (Л1 - Л2)+ Ф • КР • (Т2 -Т1),
(10)
где: Л1 и Л2 — затраты на ремонт до и после проведения природоохранных мероприятий; Ф — среднегодовая стоимость оборудования; Кр — коэффициент годовой рентабельности основных фондов; Ti и Т2 — продолжительность службы оборудования до и после проведения природоохранных мероприятий.
Аналогично рассчитываются общий и хозрасчётный эффекты от повышения (понижения) качества продукции промышленности и сельского хозяйства, сокращения (увеличения)
затрат на очистку воздуха и воды, на предотвращение гибели, повышение продуктивности и
восстановление лесных насаждений и т. д.
При необходимости выбора наивыгоднейшего варианта проведения природоохран-ных
мероприятий используются методы экономического сравнения вариантов, рекомен-дуемые
Типовой методикой определения экономической эффективности капитальных вложений.
Преимущество имеет вариант с наименьшими Приведёнными затратами, т. е. суммой эксплуатационных расходов и дисконтированных (приведённых) по нормативу эффективности
капитальных вложений:
С + Ен • К → min ,
(11)
Если проводятся мероприятия, требующие длительного сро- и нескольких последовательных капитальных вложений, а также изменения эксплуатационных расходов, то расчёт
ведётся по выражению:
171
где: Т — общий срок осуществления всех мероприятий; Кп — первоначальные капитальные вложения;
Kgt — дополнительные капитальные вложения, необходимые для обеспечения нормальной работы природоохранных объектов, а t-й год эксплуатации (t=l, 2, 3... ,Т); Ct — эксплуатационные расходы в t-й год; Ен — коэффициент дисконта затрат в соответствии с Инструкцией эффективности по строительству промышленных
объектов равный 0,08.
Вопросы для самопроверки:
1. Назовите составные части экономического механизма охраны окружающей природной среды.
2. Что представляют собой кадастры природных ресурсов? Назовите их виды и основное содержание.
3. Назовите основные источники финансирования охраны окружающей природной среды.
4. Чем отличается плата за использование природных ресурсов от платежей за загрязнение окружающей природной среды?
5. Для чего предназначены экологические фонды? Из каких платежей они формируются? Какие бывают виды
экологических фондов?
6. Что такое экологическое страхование? Порядок выплаты страхового возмещения.
7. Как определяется полный годовой экономический ущерб от загрязнения?
8. Что такое предотвращаемый экономический ущерб от загрязнения окружающей среды и чему он равен?
9. Как определяется общая экономическая эффективность природоохранного мероприятия?
10. Какие показатели характеризуют социальный эффект природоохранного мероприятия?
11. Как определяется преимущество того или иного варианта природозащитного мероприятия?
Тема 11
ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ И
РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Природоохранное законодательство России. Правовое обеспечение экологического контроля в РФ. Органы управления, контроля и надзора по охране природы, их функции. Специальные органы управления по
охране природы в РФ, их функции. Ответственность за экологические правонарушения и преступления. Международное сотрудничество в области природопользования и охраны окружающей среды.
11.1. Государственная политика защиты окружающей среды
Необходимость бережного отношения к природе, ее защиты понимали еще философы
древности. Например, древнегреческий философ-материалист Эпикур еще в IV веке до
172
нашей эры пришел к выводу: «Не следует насиловать природу, следует повиноваться ей...»,
который не утратил своей актуальности и в настоящее время.
Существовала и другая концепция подхода к природе — дающая право беспредель-ного
господства над ней. Некоторые современные исследователи считают основополож-ником
такого подхода Ф. Энгельса, который считал, что в отличие от животного, только пользующегося внешней природой, «.. .человек... заставляет ее служить своим целям, господствует
над ней». Может быть, именно в развитие этого тезиса родился в 50-х годах широко известный в нашей стране мичуринско-лысенковский лозунг, оправдывающий насилие над окружающей средой: «Нам нельзя ждать милостей от природы, взять их у нее — наша задача».
Вместе с тем мысль о господстве над природой Ф. Энгельсом разъясняется так: «... все наше
господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять». В этом заключается большая научная ценность
теории и гуманизм Ф. Энгельса как мыслителя.
В настоящее время для защиты среды обитания в каждой стране разрабатывается природоохранное законодательство, в котором присутствует раздел международного права и
правовой охраны природы внутри государства, содержащий юридические основы сохранения природных ресурсов и среды существования жизни. Организация Объединенных Наций
(ООН) в декларации Конференции по окружающей среде и развитию (г. Рио-де-Жанейро,
июнь 1992 г.) юридически закрепила два основных принци-па правового подхода к охране
природы:
1. Государствам следует ввести эффективное законодательство в области охраны окружающей среды. Нормы, связанные с охраной окружающей среды, выдвигаемые задачи и
приоритеты должны отражать реальную ситуацию в областях охраны окружающей среды и
ее развития, в которой они будут реализовываться.
2. Государство должно разработать национальное законодательство, касающееся ответственности за загрязнение окружающей среды и нанесение другого экологического ущерба и
компенсации тем, кто пострадал от этого.
Из общих принципов правового подхода к охране природы следует, что все государства
должны иметь жесткое и одновременно разумное природоохранное законодательство, однако до сих пор у многих членов ООН такого законодательства нет. Например, в России до сих
пор нет закона о возмещении вреда, причиненного здоровью людей неблагоприятными воздействиями окружающей среды, связанными с хозяйственной или другой деятельностью, а
также других необходимых актов. Академик Н. Моисеев в обобщенной форме сложившуюся
ситуацию обрисовал так: «Дальнейшее развитие цивилизации возможно только в условиях
согласования стратегии природы и стратегии человека».
173
В различные исторические периоды развития нашей страны система органов экологического управления, контроля и надзора всегда зависела от формы организации охраны
окружающей природной среды. Когда вопросы охраны природной среды решались за счет
рационального использования природных ресурсов, — управление и контроль осуществлялись множеством организаций. Так, в 70-80 гг. в бывшем СССР управлением и охраной
окружающей природной среды занималось 18 различных министерств и ведомств.
Такие природные объекты, как вода и воздух, находились в ведении нескольких ведомств одновременно. При этом, как правило, функции контроля за состоянием природной
среды совмещались с функциями эксплуатации и использования природных объектов. Получалось, что министерство или ведомство от имени государства контролировало самого себя.
Общий координационный орган, который бы объединял природоохранную деятельность, отсутствовал. Понятно, что такая система управления и контроля порождала преступное отношение к природе, прежде всего со стороны самих министерств и ведомств, а также подчиненных им крупных предприятий, которые явились основными загрязнителями и разрушителями природной среды.
Историки полагают, что природоохранное право впервые появилось в XIII веке. Это
был эдикт короля Эдуарда, запрещающий использовать каменный уголь для отопления жилищ в Лондоне. В России этому праву положили начало указы Петра I по охране лесов, животного мира и др. Все это были попытки комплексного подхода к защите природной среды.
Такая же попытка была осуществлена сразу же после октября 1917 года путем издания декретов — «О земле» (1917), «О лесах» (1918), «О недрах Земли» (1920) и кодексов — земельного (1922), лесного (1923). Однако и в них принцип «господства» над природой, приоритет «производственной необходимости» доминировали над проблемами охраны окружающей среды.
Отчасти это объяснялось требованиями выживания страны, необходимостью ее интенсивного развития, но такой подход не обеспечивал эффективной природоохранной деятельности и вел к деградации природы. При этом, говоря словами академика А. Яблокова:
«…любые, самые замечательные законодательные акты не могут быть реализованы без поддержки народа. А народ еще недавно ориентировали на то, чтобы взять у природы все возможное, и побыстрее». До сих пор такой подход довольно часто остается доминирующим.
В результате перестройки организации охраны природы, начиная с 1988 года, еще в
бывшем СССР и его республиках, были созданы Государственные комитеты охраны природы. Они должны были стать координаторами всей природоохранной деятельности, единым
центром комплексного управления природопользования взамен многочисленных ведомственных структур. Однако до конца решить эту задачу так и не удалось.
174
Недостаточно устранить примат производства над экологией, а также нарушение экологических требований в процессе хозяйствования. Необходимо повышение экологической
культуры общества, в том числе правовой, на базе знания естественнонаучных законов и
экологических правовых нормативных актов.
С 1991 года Российский Комитет по охране природы был упразднен, а вместо него было организовано Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов. В его состав вошли преобразованные в комитеты природоохранные службы Гидромет, лесного хозяйства, водных ресурсов, охраны и использования недр, рыболовства. На базе шести реорганизованных министерств и ведомств был создан природоресурсный блок, соединяющий в
едином центре всю службу охраны окружающей природной среды. Однако и этот блок оказался неуправляемым, и годичная практика его функционирования показала, что он был не
способен решать поставленные задачи.
Решение экологических задач на современном этапе должно реализовываться как в деятельности специальных государственных органов, так и всего общества. Целью такой деятельности является рациональное использование природных ресурсов, устранение загрязнения среды, экологическое обучение и воспитание всей общественности страны.
Правовая охрана окружающей природной среды заключается в создании, обосновании
и применении нормативных актов, которыми определяются как объекты охраны, так и меры
по ее обеспечению. Эти меры образуют экологическое право, регулирующее отношения
между природой и обществом.
10.2 Природоохранное законодательство
Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов представляет собой сложную и многоплановую проблему. Решение ее сопряжено с регулированием взаимоотношений человека и природы, подчинением их определенной системе законоположений, инструкций и правил. В нашей стране такая система установлена в законодательном порядке.
Правовая охрана природы представляет собой совокупность установленных государством правовых норм и возникающих в результате их реализации правоотношений, направленных на выполнение мероприятий по сохранению естественной среды, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей человека жизненной
среды в интересах настоящего и будущих поколений. Это система государственных мероприятий, закрепленных в праве и направленных на сохранение, восстановление и улучшение
благоприятных условий, необходимых для жизни людей и развития материального производства.
175
В систему правовой охраны природы России входят четыре группы юридических мероприятий:
1. Правовое регулирование отношений по использованию, сохранению и возобновлению природных ресурсов.
2.
Организация воспитания и обучения кадров, финансирование и материально-
техническое обеспечение природоохранных действий.
3. Государственный и общественный контроль за выполне-1ием требований охраны
природы.
4. Юридическая ответственность правонарушителей.
В соответствии с экологическим законодательством объектом правовой охраны выступает природная среда — объективная, существующая вне человека и независимо от его сознания реальность, служащая местом обитания, условием и средством его существования.
Имеется большое количество законоположений, определяющих правовое регулирование природоохранных отношений. Совокупность природоохранных норм и правовых актов,
объединенных общностью объекта, предметов, принципов и целей пра-вовой охраны, в России образует природоохранное (экологическое) законодательство.
Источниками экологического права признаются нормативно-правовые акты, в которых
содержатся правовые нормы, регулирующие экологические отношения. К ним относятся законы, указы, постановления и распоряжения, нормативные акты министерств и ведомств,
законы и нормативно-правовые акты субъектов Федерации. Наконец, в числе источников
экологического права большое место занимают международно-правовые акты, регулирующие внутренние экологические отношения на основе примата международного права.
Историю развития экологического законодательства России определили два обстоятельства. Возникнув в 1917-1918 гг. как российское законодательство, оно длительное время
развивалось в составе законодательства СССР и было лишено своей самостоятельности и
оригинальности. Еще в 80-х гг. экологическое законодательство развивалось в рамках земельного законодательства.
Следует выделить основные шесть периодов экологического законодательства:
1918-1922 гг. — возникновение и становление законодательных актов об охране и использовании природных ресурсов;
1922-1957 гг. — активное развитие союзного законодательства природоресурсного
направления;
1953-1963 гг. — принятие во всех республиках бывшего СССР законов об охране природы (например, Закон РСФСР об охране природы был принят в 1960 г.);
176
1968-1980 гг. — проведение кодификации союзного и республиканского законодательства о земле, недрах, водах, лесах, животном мире, атмосферном воздухе. Принятие по этим
объектам соответствующих Основ законодательства Союза ССР и союзных республик, кодексов в союзных республиках;
1985-1990 гг. — попытка перестроить общественные отношения в охране природы и
рациональном использовании природных ресурсов, разработать закон об охране природы в
СССР и создать специальные органы управления в СССР и республиках;
С 1991 г. и до настоящего времени — суверенизация России, распад Союза ССР, пересмотр законодательства Российской Федерации, в том числе экологического, принятие Закона об охране окружающей природной среды (1991 г.), Земельного кодекса (1991 г.), Закона
РФ о недрах (1992 г.), Основ лесного законодательства (1993 г.) и других актов экологического направления.
Новая кодификация экологического законодательства проходила на основе преемственности законотворчества, с учетом недостатков прежней системы правового регулирования: например, резко сократилось число порученческих норм, которыми были наполнены
нормы Основ законодательства Союза ССР и союзных республик о земле, недрах, водах, лесах, законы о животном мире и атмосферном воздухе. Значительно сократилась декларативная часть принимаемых законов, усилилась детализация законодательного материала.
Один из пороков прежней системы экологического законодательства состоял в ее ведомственности. Законы определяли лишь общие положения, а относительно деталей регулирования ссылались на действующие нормативные акты правительства, министерств, ведомств. В новом экологическом законодательстве этот диктат подзаконных актов правительства и ведомственных учреждений практически отсутствует.
В результате последней кодификации окончательно сложилась система экологического
законодательства, в основе которой находятся три основополагающих нормативных акта:
Декларация Первого съезда народных депутатов РСФСР о государственном суверенитете
Российской Советской Федеративной Социалистической Республики (1990 г.), Декларация
прав и свобод человека и гражданина (1991 г.) и Конституция Российской федерации, принятая в результате всенародного голосования 12.12.1993 г.
Система экологического законодательства, руководствующаяся идеями основополагающих конституционных актов, включает в себя две подсистемы: природоохранное и природоресурсное законодательство.
В природоохранное законодательство входит Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» и другие законодательные акты комплексного правового регулирования.
177
В подсистему природоресурсного законодательства входят: Земельный кодекс РСФСР,
Закон РФ о недрах, Основы лесного законодательства РФ, Водный кодекс РСФСР, Закон
РСФСР об охране и использовании животного мира (1982 г.), а также щругие законодательные и нормативные акты.
В принятой 12 декабря 1993 г. Конституции РФ отражены основные положения экологической стратегии государства и главные направления укрепления экологического правопорядка. Вслед за Федеративным договором Конституция РФ вводит в научный оборот определение экологической деятельности человека в сфере взаимодействия общества и природы:
природопользование, охрана окружающей среды, обеспечение экологической безопасности.
Центральное место среди экологических норм Конституции РФ занимает ст. 9, ч. 1, где
указывается, что земля и другие природные ресурсы в Российской Федерации используются
и охраняются как основа жизни и деятельности народов, проживающих На соответствующей
территории.
В Конституции РФ есть две очень важные нормы, одна из которых (ст. 42) закрепляет
право каждого человека на благоприятную окружающую среду и на возмещение ущерба,
причиненного его здоровью или имуществу, а другая провозглашает право граждан и юридических лиц на частную собственность на землю и другие природные ресурсы (ст. 9, ч. 2).
Первая касается биологических начал человека, вторая — его материальных основ существования.
Конституция РФ также оформляет организационно-правовые взаимоотношения Федерации и субъектов Федерации. Так, согласно ст. 72, пользование, владение и распоряжение
землей, недрами, водным и другими природными ресурсами, природопользование, охрана
окружающей среды и обеспечение экологической безопасности являются совместной компетенцией Федерации и субъектов Федерации.
По предмету своего ведения Российская Федерация принимает федеральные законы,
которые являются обязательными на территории всей страны. Субъекты Федерации имеют
право на собственное регулирование экологических отношений, включая принятие законов и
иных нормативных актов. Конституция РФ закрепляет общее правило: законы и иные правовые акты субъектов Федерации не должны противоречить федеральным законам. Положение
Конституции РФ конкретизируется в источниках экологического права.
19 декабря 1991 г. был принят Закон «Об охране окружающей природной среды», который заполнил пробел российского экологического законодательства и определил следующие
пути разрешения противоречий, возникших между экологией и экономикой:
Во-первых, этот Закон является главным законодательным актом, предметом регулирования которого служат природоохранные отношения. Регулируя эти отношения, он пресле178
дует цель решения трех задач: сохранение природной среды, предупреждение и устранение
вредного влияния хозяйственной деятельности на природу и здоровье человека, оздоровление и улучшение качества окружающей природной среды.
Закон возглавляет систему экологического законодательства, т. е. в вопросах охраны
природной среды нормы других законов не должны противоречить данному законодательству.
Во-вторых, основное направление Закона состоит в обеспечении научно обоснованного
сочетания экологических и экономических интересов с приоритетом охраны здоровья и естественных прав человека на здоровую, чистую окружающую среду. В качестве такого обоснования выступают предельно допустимые нормы воздействия хозяйственной деятельности на
природную среду. Превышение этих норм является экологическим правонарушением.
В-третьих, в отличие от отраслевых законов (например, Основ земельного законодательства) Закон формулирует требования, обращенные к источникам вредного воздействия
на природную среду, т. е. к предприятиям, учреждениям и организациям, оказывающим
вредное воздействие на природную среду.
В-четвертых, центральная тема Закона — человек, охрана его жизни, здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей среды. В Законе человек рассматривается и как
субъект воздействия на природную среду, несущий ответственность за свою деятельность, и
как объект такого воздействия, наделенный гарантиями на возмещение причиненного вреда.
В-пятых, нормы Закона закрепляют механизм его исполнения, который состоит из системы, включающей экономическое стимулирование хозяйственника в охране природной
среды и меры административно-правового воздействия на нарушителей эколого-правовых
предписаний.
Закон закрепляет экономический механизм охраны окружающей среды, а также обязательность государственной экологической экспертизы, государственного экологического
контроля, его правомочия по приостановлению, ограничению, прекращению деятельности
экологически вредных производств, меры административной и уголовной ответственности за
экологические правонарушения, возмещение вреда природной среде и здоровью человека,
экологическое образование и воспитание.
Эффективность этого механизма зависит от уровня организационной деятельности органов надзора и контроля по охране природной среды, от материально-технического и финансового обеспечения природоохранных мероприятий, от исполнительской дисциплины, а
также состояния экологической культуры в обществе.
Охрана здоровья и обеспечение благополучия человека — конечная цель охраны окружающей природной среды. Поэтому в законодательных актах, направленных на охрану здо179
ровья граждан, экологические требования занимают ведущее место. В этом смысле источником экологического права служит Закон РСФСР о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения (1991 г.).
Он регулирует санитарные отношения, связанные с охраной здоровья от неблагоприятного воздействия внешней среды — производственной, бытовой, природной. Экологические
требования, выраженные в статьях Закона, одновременно являются и источниками экологического права. Например, на охрану здоровья и окружающей природной среды направлены
нормы ст. 18 Закона о захоронении, переработке, обезвреживании и утилизации производственных и бытовых отходов и т. д.
Другим источником экологического права служат Основы законодательства РФ об
охране здоровья (август 1993 г.). В целом они относятся к источникам административного
права, так как регулируют административные отношения. Однако в них есть нормы, обеспечивающие экологические права граждан. Так, ст. 28 закрепляет права граждан на охрану
здоровья в экологически неблагополучных районах.
Эти два больших закона комплексной подсистемы экологического законодательства составляют основу для охраны окружающей природной среды и обеспечения экологического
законодательства.
Большую роль в обеспечении экологического права играют акты природоресурсного
законодательства России, основным из которых является Земельный кодекс РСФСР, принятый Верховным Советом РСФСР в 1991 г. Земельный кодекс 1991 г. принципиально отличается от первого, принятого в России в 1922 г., и второго (1970 г.). Это кодекс периода перехода от административного метода регулирования земельных отношений к гражданскоправовым. Он построен на отмене исключительности государственной собственности на
землю и другие природные ресурсы и провозглашении приоритета частной собственности на
землю. Земля стала объектом гражданского оборота — купли—продажи, наследования, залога, аренды и т. д. Данное обстоятельство в корне изменило содержание земельных правоотношений и методов их регулирования.
Все нормы Земельного кодекса разделяются на четыре группы. Первая группа — нормы, регулирующие земельно-гражданские отношения; вторая группа — земельноадминистративные нормы, регулирующие управленческие отношения в области использования, распределения и перераспределения земель, их учета по количеству и качеству; третья
группа — земельные отношения, связанные с использованием земель и выполнением прав и
обязанностей
землепользователями;
и,
наконец,
четвертая
группа
—
земельно-
экологические нормы, регламентирующие охрану земель в качестве природного фактора и
защиту окружающей природной среды от вредного воздействия использования земель.
180
В этой части Земельный кодекс нужно рассматривать как источник экологического
права.
Конституция РФ внесла ряд существенных изменений в статьи Земельного кодекса, регламентирующих куплю—продажу земель и совершение других земельных сделок. Поэтому
Указом Президента РФ «О приведении земельного законодательства Российской Федерации
в соответствие с Конституцией РФ» из 127 статей кодекса 48 были отменены. Принято решение о подготовке нового Земельного кодекса, который учитывал бы эти изменения.
Отход от административного метода регулирования характерен и для других актов природоресурсного законодательства. Вместе с тем в ряде законов наблюдается тенденция к
укреплению административно-правового метода регулирования за счет сокращения норм
экологической защиты.
Так произошло и с Законом РФ о недрах, принятым в 1992 г. Цель правового регулирования использования недр как объекта государственной собственности состоит, согласно содержанию закона, в решении трех проблем: установление строгой системы лицензирования
на использование недр; введение оплаты за использование недр; распределение доли доходов, получаемых от использования недр, добычи ископаемых, захоронения вредных веществ.
Несмотря на то, что недра являются природным объектом, составной частью окружающей природной среды, охраняемой государством, в Закон не включены нормы собственно
эколого-правового содержания. Следовательно, говорить о Законе о недрах как об источнике
экологического права можно только в самом общем виде.
Правовые нормы по охране природы и рациональному природопользованию содержатся также и в других актах природоресурсного законодательства России. К ним относятся Основы лесного законодательства, Водный кодекс РСФСР, Закон РСФСР об охране и использовании животного мира и др. В них содержатся и административные, и эколого-правовые
нормы. Некоторые из них устарели и требуют доработки с учетом рыночных отношений, так
как были приняты правительством России в условиях социалистических отношений.
Круг экологических вопросов, по которым могут издаваться указы и распоряжения
Президента РФ, практически не ограничен. В их числе следует назвать указ от 4 февраля
1994 г. о государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и
обеспечению устойчивого развития или указ от 27 декабря 1993 г. о приведении земельного
законодательства Российской Федерации в соответствие с Конституцией РФ.
На основании и во исполнение Конституции РФ, федеральных законов, нормативных
указов Президента РФ Правительство РФ издает постановления и распоряжения, отвечая
также за их исполнение. Постановление Правительства также является нормативноправовым актом. В соответствии со ст. 114 Конституции РФ Правительство обеспечивает
181
проведение в Российской Федерации единой государственной политики в области науки,
культуры, образования, здравоохранения, социального обеспечения, экологии.
Постановления правительства по вопросам экологии можно разбить на три группы.
К первой группе относятся те, которые принимаются во исполнение закона для конкретизации отдельных положений. Например, постановление Правительства РФ от 20 июня
1993 г. об утверждении Положения о государственной экологической экспертизе.
Вторая группа постановлений предназначена для определения компетенции органов
управления и контроля. Например, Положение о министерстве охраны окружающей природной среды и природных ресурсов, утвержденное постановлением Правительства РФ от 22
февраля 1993 г.
Третья группа постановлений Правительства РФ включает нормативно-правовые акты
дальнейшего правового регулирования экологических отношений. Таким актом следует считать постановление Правительства от 4 ноября 1993 г. о создании российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях.
Природоохранительные министерства и ведомства наделяются правом издавать нормативные акты в рамках своей компетенции. Они предназначены для обязательного исполнения другими министерствами и ведомствами, физическими и юридическими лицами. Так,
Минприроды России издает нормативные приказы, инструкции и положения по вопросам
охраны окружающей среды и использования природных ресурсов. Госкомсанэпиднадзор РФ
наделен правом утверждения санитарных норм и правил по вопросам охраны окружающей
среды — воздуха, водных источников, почв — от загрязнения.
Немаловажную роль играют нормативные правила — санитарные, строительные, технико-экономические, технологические и т. д. К ним относятся нормативы качества окружающей среды: нормы допустимой радиации, уровня шума, вибрации, и т. д. Эти нормативы
представляют собой технические правила и в этом виде они не рассматриваются как источники права. Закон об окружающей природной среде (ст. 25, 27 и др.) устанавливает юридическую обязанность их исполнения, что и придает таким нормам юридический характер. Ведомственные нормативные акты могут быть отменены Правительством РФ, если они противоречат закону. Акты вступают в силу только после регистрации в министерстве юстиции и
публикации в газете «Российские вести». Согласно Конституции РФ субъекты Федерации
также вправе принимать законы и иные нормативные правовые акты по вопросам, отнесенным к их ведению. Нормотворческой деятельностью вправе заниматься представительные и
исполнительные органы власти республик, краев, областей, автономных образований, городов Москвы и Санкт-Петербурга.
182
Сфера компетенции субъектов Федерации определяется отраслевыми законодательными актами: по землепользованию — Земельным кодексом, по недрам — Законом о недрах,
водопользованию — Водным кодексом, по использованию животного мира — Законом о
животном мире, по окружающей природной среде — Законом об охране окружающей природной среды. В основе такого разделения правового регулирования лежит отношение к
природным ресурсам. Порядок отнесения природных ресурсов к федеральным или иным регулируется указом Президента РФ о федеральных ресурсах. Конституция РФ (ст. 76) устанавливает твердое правило: законы и иные нормативные правовые акты субъектов Федерации не должны противоречить Конституции РФ и федеральным законам. В случае наличия
противоречия между нормативными актами субъектов Федерации и статьями федеральных
законов первые подлежат отмене указом Президента РФ или постановлением Правительства
РФ. Помимо специальных нормативно-правовых актов экологического содержания в последние годы широко используется экологизация нормативных актов, регулирующих экономическую, хозяйственную и административную деятельности предприятий. Под экологизацией пони-мают внедрение экологических требований в нормативно-правовые акты неэкологиче-ского содержания. Необходимость такого процесса объясняется тем, что экологические
законы не всегда могут напрямую касаться хозяйствующих субъектов, занятых в различной
сфере производства.
Так, Закон РФ о защите прав потребителей (ст. 7) дает право потребителю требовать,
чтобы товары были безопасны для его жизни. Он также дает право органам управления на
приостановление реализации товаров, если создается угроза здоровью граждан, либо состоянию окружающей среды. В законах о местном самоуправлении, о налогообложении юридических лиц отражены различные льготы за снижение выбросов, использование чистых технологий и т. д.
Подводя итоги рассмотрения данной темы, следует отметить, что развитие нашего общества, научно-технический прогресс создают новые экологические проблемы, связанные с
охраной окружающей природной среды и рациональным использованием ее ресурсов. Меняется техника, технология, условия жизни человека, требующие новых законов по охране
природы. Поэтому развитие эколого-правовых норм — процесс непрерывный и неизбежный.
11.3. Правовое обеспечение экологического контроля
Система природоохранного законодательства в России имеет четыре уровня: законы,
правительственные нормативные акты, нормативные акты министерств и ведомств,
нормативные решения органов местного самоуправления. Вершиной этой пирамиды является Конституция, в которой декларируются права человека на благоприятную окружающую
183
среду, отражаются положения об охране природы и рациональном использовании природных ресурсов.
Ключевым экологическим законом России является Закон «Об охране окружающей
природной среды», вступивший в действие 3 марта 1992 года. В его 15 разделах отражены
основные вопросы взаимодействия человека с природой на территории Российской Федерации. Из 94 статей Закона главные его положения явились основой для других нормативных
природоохранных актов.
Задачи, принципы и основные объекты охраны окружающей природной среды сформулированы в I разделе Закона. Впервые четко выражен приоритет охраны жизни и здоровья
человека, обеспечения благоприятных условий для жизни, труда и отдыха населения при
осуществлении любой деятельности, оказывающей воздействие на природу. Согласно этому
разделу Закона объектами охраны являются естественные экологические системы, озоновый
слой атмосферы, а также Земля, ее недра, поверхностные и подземные воды, атмосферный
воздух, леса и иная растительность, животный мир, микроорганизмы, генетический фонд,
природные ландшафты. Особой охране подлежат заповедники, заказники, национальные
природные парки, памятники природы, редкие растения и животные.
Компетенция государственных органов в экологической области определена в нескольких статьях 1-го раздела Закона. Эти статьи являются основой для построения системы
управления охраной природы в России.
Право граждан на здоровую и благоприятную окружающую среду закреплено во П-ом
разделе Закона. Каждый гражданин России имеет право на охрану здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей природной среды, которое обеспечивается планированием,
управлением, нормированием и госконтролем качества среды, страхованием граждан, возмещением им ущерба здоровью, нанесенному за счет загрязнения природной среды или
иных вредных воздействий. Каждый гражданин имеет право участвовать в общественных
экологических объединениях и движениях, которые имеют государственные гарантии предоставленных им прав в области охраны среды.
Экономический механизм охраны среды (III раздел) — основной в Законе «Об охране
окружающей природной среды». В нем раскрывается принцип платности за природопользование и загрязнение среды. Размеры оплат отличаются в несколько раз для разрешенных (в пределах лимитов) объемов природопользования (или загрязнение) и сверхлимитных.
При нанесении ущерба среде плата не освобождает природопользо-вателя от обязанности
восстановления нарушенного объекта.
184
Важное место в экономическом механизме охраны среды имеет ст. 18, которая устанавливает, что любой природопользователъ обязан заключить договор с исполнительным органом власти на предполагаемую хозяйственную или иную деятель231ность. Договор заключается на основе экологической экспертизы и лицензии (разрешения) на комплексное природопользование. Договор устанавливает порядок использования ресурсов, права и обязанности природопользователя, ответственность сторон, размеры
платежей, порядок компенсаций ущерба, организацию санитарно-защитных зон и пр. Лицензия, выдаваемая специально уполномоченными государственными органами, устанавливает
лимиты на использование природных ресурсов и загрязнения среды, фиксирует экологические требования. Несмотря на некоторую неопределенность в порядке введения договоров на
природопользование, во взаимодействии ветвей власти и государственных органов надзора
при их использовании, эта статья Закона может играть решающую роль в переходе природопользователей к малоотходным и ресурсосберегающим технологиям, к бережному отношению к природе.
Средства, получаемые за природопользование, согласно Закону, аккумулируются на
счетах внебюджетных экологических фондов и реализуются на природоохранные цели в
следующей пропорции: 10 процентов перечисляются в федеральный фонд, 30 — в областной
(краевой, республиканский), а 60 — определяют местный (городской, районный) фонд. Такое положение критикуют отдельные руководители Министерства финансов Российской Федерации, которые полагают, что логичнее все отчисления аккумулировать в бюджете, на
специальных расчетных счетах. Однако не столь важно, где хранить средства, важно — как
их расходовать. По мнению большинства специалистов по вопросам охраны окружающей
природной среды, более логичным является сохранение установленных Законом экологических фондов при условии их использования только по назначению, на решение наиболее
приоритетных задач, гласно.
Нормирование
качества
окружающей
среды и
порядок
государственной
экологической экспертизы, установленные в разделах IV и V, позволяют обеспечить государственное воздействие на природопользователей. Уровни предельно допустимых воздействий на окружающую среду по всем их видам должны утверждаться специально уполномоченными органами РФ в области охраны среды и санитарно-эпидемиологического надзора.
Эти же органы могут выдавать предписания на ограничение, приостановление и прекращение деятельности природопользователя при нарушении им установленных экологических нормативов. Это безусловно важный рычаг воздействия на природопользователей, введение которого в жизнь диктуется отсутствием должного набора нормативных актов, определяющих порядок применения санкций к нарушителям.
185
Перед заключением договора на природопользование должна проводиться государственная экспертиза, выводы которой обязательны как при заключении договора и определении его условий, так и при применении экономических и иных санкций к природопользователю. В Законе предусматривается и общественная экологическая экспертиза, выводы которой становятся юридически обязательными, если они утверждены органами ; госэкспертизы.
Экологические
требования к
предприятиям, |сооружениям и иным объектам сфор-
мулированы в VI-: VII разделах Закона. Они обязательны как при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в строй, так и при эксплуатации объектов. Эти
требования учитывают при составлении договоров на природопользование, при отработке
ведомственных нормативных документов, в том числе строительных норм и правил (СНиП),
норм технологического проектирования (НТП, ВСН), ведомственных норм технологического
проектирования (ВНТП) и др. Только после приведения этих до- кументов в соответствие с
положениями Закона можно говорить об единой комплексной программе экологизации хозяйственной деятельности. В ряде СНиПов вопросы экологии полностью отсутствовали
(2.01-82 «Строительная климатология и геофизика», 3.05.05-84 «Технологическое оборудование и технологические трубопроводы» и др.). В некоторых они сформулированы так, что
не имеют юридической силы. Например: «По возможности следует давать оценку предполагаемого воздействия объекта строительства на окружающую среду» (CH 225-79. «Инструкция по
инженерным изысканиям для промышленного строительства».).
Порядок
охраняемых
действий
природных
в
чрезвычайных
экологических
ситуациях
и
на
особо
территориях узаконен в VIII-IX разделах. Зоны чрезвычайной
экологической ситуации, экологического бедствия устанавливают высшие органы власти
РФ по представлению специально уполномоченных государственных органов. По их же
представлению образуются и государственные природные заповедники, заказники, национальные парки, на чьих территориях запрещается хозяйственная и иная деятельность, противоречащая целям их создания.
Особо выделены в Законе курортные и лечебно-оздоровительные зоны, в которых введены округа санитарной охраны и которые рассматриваются как особо охраняемые территории вокруг городов и поселков. Статус же зеленых городов (поселков) Законом не оговаривается, но их защитная роль от всех видов загрязнений атмосферы общеизвестна (исследованиями, проводившимися в 68 городах и поселках Московской области, установлена зависимость между площадью зеленых насаждений, приходящихся на одного человека, и средней
продолжительностью жизни). Поэтому разработка положений о содержании зеленых насаж-
186
дений с учетом местных условий в соответствии со статьями Закона, безусловно, необходима.
Экологический контроль согласно Закону (раздел X) является системным и состоит из
государственного, производственного и общественного. Государственный контроль должен
осуществляться как органами власти, так и специально уполномоченными органами. Оптимальным решением является скоординированный контроль представите-лями обоих органов.
Экологическому воспитанию, образованию, научным исследованиям отведено достаточно много места в разделе XI Закона. Например, ст. 75 Закона предусматривается: «Руководители министерств и ведомств, предприятий, учреждений и организаций, иные должностные лица и специалисты, связанные с деятельностью, оказывающей вредное влияние на
окружающую природную среду и здоровье человека..., обязаны иметь необходимую экологическую подготовку, которая учитывается при назначении на должность, аттестации и переаттестации работников. Лица, не имеющие необходимой подготовки, не допускаются к
выполнению работ, требующих соответствующих знаний».
Неподготовленные должностные лица и руководители не только не смогут обеспечить
сохранение природной среды в сфере своей деятельности, но и грамотно отстаивать интересы организаций перед надзорными и санитарно-экологическими органами (службами) и пр.
Порядок разрешения споров в области охраны окружающей среды устанавливается в
XII разделе Закона.
Ответственность за экологические нарушения (раздел XIII) подразделена на дисциплинарную, административную, материальную и уголовную — для физических и юридических
лиц; административную и гражданско-правовую — для учреждений, предприятий и организаций. Порядок возмещения вреда, причиненного экологическим правонарушением, предписан XIV разделом Закона. Несмотря на юридическую четкость положений Закона об экологических правонарушениях, они, к сожалению, пока не привели к коренному улучшению защиты среды от посягательства на нее. Требуются многочисленные подзаконные и нормативные акты. Нужны их исполнители. Экологическим нарушениям должна быть посвящена отдельная глава Уголовного Кодекса РФ, в которой необходимо сформулировать общие и
частные нормы по этим правонарушениям, установить виды ответственности.
Отдельный раздел Закона (раздел XV) посвящен международному сотрудничеству в
области охраны среды.
Закон об охране природной окружающей среды России дает основания для создания
цельной системы природоохранного законодательства. В сочетании с другими законами,
принятыми за последние годы: «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»
187
(1991 г.), «Основами законодательства об охране труда» (1993 г.), «О недрах» (1993 г.), это
создает основы Природоохранного законодательства.
11.4. Органы управления, контроля и надзора по охране природы, их функции
Исключительно важную роль в реализации основ природоохранного законодатель-ства
играют органы управления, контроля и надзора в области охраны окружающей природной
среды России. Действующей структурой органов управления охраны окружаю-щей природной среды предусматриваются две категории: органы общей и специальной компетенции.
К государственным органам общей компетенции относятся: Президент, Федеральное
собрание, Государственная Дума, Правительство, представительные и исполнительные органы власти субъектов Федерации, муниципальные органы. Наряду с охраной окружающей
природной среды эти органы ведают и другими вопросами, входящими в круг их компетенции.
К государственным органам специальной компетенции относятся те, которые предназначены выполнять только природоохранные функции.
В соответствии с постановлением Правительства РФ № 279 от 5.04.93 г. Министерству
охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ отводились как природоохранные
функции, так и функции рационального использования и охраны видов природных ресурсов,
применяемых в экономике страны. Однако последние функции были чисто символическими.
Названное министерство не имело практических и юридических прав для их реализации. Все
сводилось к таинственному слову «координация», правовое содержание которого в России
не зафиксировано ни в одном документе. Этот термин обретает конкретный смысл только
через расшифровывающие его документы, но их не было в положении о Минприроды России. Не было, соответственно, и подразделений, осуществляющих данную функцию. Фактически координация выполнялась правительственной комиссией по охране окружающей среды и природопользованию.
В октябре 1996 года была утверждена новая структура органов управления и контроля
за охраной окружающей природной среды на федеральном уровне. Природоохранные функции были распределены между двумя органами: Государственным комитетом РФ по охране
окружающей среды (Госкомэкология) и Министерством природных ресурсов, созданными
на основе упраздненного Минприроды. Все природоохранные функции перешли к Госкомэкологии. На Министерство природных ресурсов возлагается осуществление функций рационального использования и охраны видов природных ресурсов, применяемых в экономике
России.
188
Экологическая политика Российской Федерации в области охраны окружающей среды
и рационального использования природных ресурсов на современном этапе должна базироваться на программных документах, принятых в 1992 г. на Конференции ООН в Рио-деЖанейро, а также на указе Президента РФ «Об утверждении концепции перехода Российской Федерации к устойчивому экономическому развитию» (апрель 1996 г.).
Основные направления экологической политики России следующие:
— последовательное решение проблем развития хозяйственного комплекса государства, при котором полностью учитываются экологические и природно-географические условия конкретных территорий для обеспечения благосостояния народов, населяющих эти территории;
— последовательное достижение на каждой конкретной территории надлежащего качества среды обитания, отвечающего не только принятым сегодня санитарно-гигиеническим
нормам, Но и той системе его оценок, которая учитывала бы генетическое здоровье населения;
— восстановление и сохранение биосферного равновесия (на локальном, региональном
и глобальном уровнях) генетического фонда животного и растительного мира;
— рациональное использование всего природоресурсного потенциала России.
Реализации перечисленных направлений должно способствовать формирование эффективной системы органов государственного управления в области экологии и природопользования. Они должны рассматриваться в тесной взаимосвязи и объединяться механизмом
управления в единую систему.
По-видимому, наряду с основами природоохранного законодательства, необходим экологический кодекс, который перевел бы правовые экологические нормы в ранг моральных
ценностей и имел бы нравственную направленность и воспитательное значение.
11.5. Задачи и полномочия органов управления Российской Федерации и ее субъектов в области охраны природы
Высшие федеральные, а также республиканские, областные, краевые законодательные
органы России согласно' Закону РФ «Об охране окружающей природной среды» призваны
определять основные направления государственной природоохранной политики, утверждать
экологические программы, устанавливать правовые основы и нормы (в пределах своей компетенции).
На правительство возложены задачи реализации экологической политики и выполнение
программ, координации деятельности всех органов в области охраны окружающей среды,
образования и использования внебюджетного экологического фонда установление порядка
платы за природопользование, обеспечение населения экологической информацией (приме189
ром такой информации являются первые в России Государственные доклады (отчеты) о состоянии окружающей природной среды РФ в 1994, 1995, 1996 гг.).
По Конституции РФ природопользование, охрана окружающей природной среды, обеспечение экологической безопасности составляют совместную компетенцию Федерации и
субъектов Федерации. Вопросы, входящие в компетенцию названных органов, можно подразделить на семь комплексных групп:
1. Определение основных направлений экологической политики, утверждение экологических программ, установление правовых и экономических основ регулирования охраны
окружающей природной среды и обеспечение экологической безопасности.
2.
Планирование, финансирование и материально-техническое обеспечение экологи-
ческих программ, координация природоохранной деятельности.
3. Учет и оценка природных ресурсов, прогноз состояния окружающей среды, ведение
кадастра природных ресурсов, осуществление мониторинга окружающей среды.
4. Утверждение нормативов вредных воздействий, платежей за использование природных ресурсов, за выбросы, сбросы вредных веществ, захоронение отходов. Выдача разрешений на природопользование, выброс, сброс, захоронение вредных веществ. Формирование и
расходование экологических фондов.
5. Государственный экологический контроль, государственная экологическая экспертиза, решение об ограничениях, приостановлении, прекращении деятельности экологически
вредных производств и услуг. Привлечение к административной и уголовной ответственности за экологические преступления. Предъявление исков в суд, арбитражный суд о взыскании ущерба, причиненного экологическим правонарушителем.
6. Организация заповедного дела, охрана памятников природы, ведение Красной книги,
экологическое воспитание и образование.
7. Международное сотрудничество.
Указанные в перечне вопросы и задачи призваны решать все управленческие структуры. Разграничение сферы деятельности их идет по двум направлениям: пространственному
и ресурсовому. Согласно первому, представительные и исполнительные органы Федерации
осуществляют указанные полномочия в масштабе всей территории России. Органы субъектов Федерации реализуют свои полномочия в границах представляемых ими административно-территориальных образований (областей, краев и т. д.). Так, утверждение основных направлений экологической политики, экологических программ различного уровня,
оценка, мониторинг, контроль, охрана заповедных объектов, экологическое воспитание и образование являются предметом деятельности государственных органов и их уровней.
190
Однако в рамках одного и того же территориального пространства могут находиться
ресурсы разного значения: республиканского, краевого, областного, муниципального ведения или же представляющие исключительную федеральную собственность. Это определяет объем представленных полномочий. Например, выдача разрешений на природопользование практически принадлежит всем органам управленческого уровня. Однако каждый раз оно распространяется только на те природные ресурсы, которые находятся, соответственно, в ведении Федерации, субъектов Федерации или местных органов.
Согласно данному порядку, разрешение на использование земель, недр, вод, лесов, составляющих федеральные ресурсы, выдается исполнительным органом Федерации. Такие же
права принадлежат областным, краевым органам в отношении природных ресурсов, находящихся в их ведении. Местные исполнительные органы обладают этим правом применительно к ресурсам муниципальной собственности. Например, право на выдачу разрешений на отдельные виды лесопользования, водопользования на водоемах местного значения.
Конкретные полномочия раскрываются в отраслевых законодательных актах.
Существует также разграничение полномочий в области охраны окружающей природной среды между представительными и исполнительными органами управления. Оно построено на конституционном разделении властей.
Представительные органы решают общие вопросы, не требующие исполнительнораспределительных действий. Так, согласно ст. 5 Закона РФ «Об охране окружающей природной среды» всего пять вопросов относятся к исключительной компетенции высшего
представительного органа:
— определение основных направлений экологической политики;
— утверждение государственной экологической программы;
— определение правовых основ регулирования природоохранных отношений;
— определение полномочий в области охраны окружающей природной среды и порядка организации и деятельности органов управления в данной области;
— установление режима в зонах чрезвычайной экологической ситуации и в зонах экологического бедствия.
Так же определяется компетенция представительных органов республик в составе РФ
(областей), городов и районов. К их ведению относится следующее:
— утверждение программ по рациональному использованию и охране окружающей
природной среды;
— создание экологических фондов и определение порядка предоставления земельных
участков;
— объявление на своей территории природных объектов памятниками природы;
191
— принятие решений об образовании и деятельности природоохранных инспекций.
В соответствии с законом о местном самоуправлении городские и районные представительные органы власти имеют следующие полномочия:
— разрабатывают порядок охраны и использования природных ресурсов;
— запрещают проведение на подведомственной им территории мероприятий, которые
могут быть неблагоприятными по своим экологическим последствиям;
— выносят решения о прекращении строительства или эксплуатации объектов в случае
нарушения экологических, санитарных или строительных норм на подведомственной территории;
— объявляют природные объекты местного значения памятниками природы, если они
имеют экологическую, историческую или научную ценность и определяют режим их охраны.
Некоторые полномочия в области охраны окружающей природной среды принадлежат
сельским и поселковым представительным органам:
— установление на подведомственной территории порядка и условий размещения
предприятий, которые не являются муниципальной собственностью;
— остановка строительства или прекращение эксплуатации объектов, если выявлены
нарушения экологических и санитарных норм;
— запрещение на подведомственной территории проведения мероприятий, ведущих к
неблагоприятным экологическим последствиям. При этом последние меры могут осуществляться на основании заключения санэпидемстанции или комитета по охране окружающей
природной среды.
Представительные органы власти всех рангов вправе рассматривать и другие вопросы,
которые относятся к компетенции исполнительных органов, если на этот счет есть требования населения, депутатов или общественных организаций.
В то же время они могут делегировать свои полномочия в области охраны окружающей
среды исполнительным органам для решения конкретных вопросов. Например, о приостановлении деятельности предприятия, нарушающего экологические и санитарные нормы,
или о запрещении проведения мероприятий, которые являются экологически вредными.
Представительные органы могут приостановить решения исполнительных органов власти, если они противоречат экологическим требованиям охраны окружающей среды.
В то же время администрация вправе обратиться в суд и обжаловать принятые решения, если
она не согласна с мнением представительных органов власти.
11.6. Специальные органы управления по охране природы, их функции
192
Государственные специально уполномоченные органы по охране окружающей природной среды по объему и характеру своей компетенции подразделяются на четыре вида: комплексные, отраслевые, функциональные и территориальные.
Комплексные органы выполняют все задачи или какой-либо блок природоохранных задач. Отраслевые сосредоточивают внимание на охране и использовании отдельных природных объектов. Функциональные выполняют одну или несколько родственных функций в
отношении всех природных объектов.
К комплексным органам управления относятся:
1. Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды (Госкомэкология России);
2. Государственный комитет санитарно-эпидемиологического надзора Российской Федерации (Госкомсанэпидемнадзор России);
3. Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России);
4. Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
(Росгидромет);
5. Министерство природных ресурсов Российской Федерации. Отраслевые специально
уполномоченные органы включают:
1. Комитет Российской Федерации по земельным ресурсам и землеустройству (Роскомзем);
2. Федеральная служба лесного хозяйства России (Рослесхоз);
3. Комитет Российской Федерации по рыболовству (Роскомрыболовство);
4. Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации (Минсельхозпрод России).
К функциональным и территориальным специально уполномоченным органам относятся:
1. Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности (Госатомнадзор
России);
2. Федеральный горный и промышленный надзор России (Госгортехнадзор);
3. Государственный таможенный комитет Российской Федерации (ГТК России);
4. Министерство внутренних дел России (МВД России). Функции, которые выполняют специальные органы управления охраны окружающей природной среды, следующие:
1. Госкомэкологии России является головным и комплексным органом всей системы специально уполномоченных органов в области охраны окружающей природной среды. постановлением Правительства РФ № 1261 от 25 октября 1996 года на Госкомэкологии России возложено осуществление государственной политики в области охраны окружающей среды,
обеспечение экологической безопасности и сохранения биологического разнообразия, меж193
отраслевой координации и функционального I регулирования в этой сфере деятельности, а
также осуществление государственного экологического контроля, государственной экологической экспертизы и управления государственными природными заповедниками и другими
особо охраняемыми терри-ториями, находящимися в его ведении. Деятельность Госкомэкологии имеет три особенности. Первая состоит в комплексном выполнении контрольноинспекционных функций. Непосредственно в ведении Госкомэкологии находится лишь контроль за охраной атмосферного воздуха и природно-заповедных объектов. Контроль за охраной других природных объектов ведут отраслевые органы, специально уполномоченные государством. Вторая особенность заключается в том, что Госкомэкология не относится к числу хозяйственных комитетов, так как он не ведает управлением использования природных
ресурсов в экономике страны. Третья особенность — функция государственного экологического контроля Госкомэкологии осуществляется отдельно от руководства эксплуатацией
природных ресурсов.
В сферу функциональных обязанностей Госкомэкологии входят:
— координация мероприятий по охране природных объектов, выполняемых специально
уполномоченными органами, а также всеми другими министерствами и ведомствами, связанными с использованием природных ресурсов и воздействием на природную среду;
— регулирование природопользования, т. е. утверждение норм и правил использования природных ресурсов, правил ведения хозяйственной деятельности, связанной с воздействием на окружающую среду. Эти нормы и правила являются обязательными не только
для исполнения любыми природопользователями независимо от их принадлежности и формы собственности, но и для всех природоохранных организаций;
— руководство и организация контрольно-инспекционной деятельности. Часть этой
функции Госкомэкологии выполняет непосредственно через свои территориальные органы.
Например, оценка загрязненности атмосферного воздуха, проведение государственной экологической экспертизы. Другие функции поручаются отраслевым природоохранным органам. Например, охрана земель, недр, вод, лесов, животного мира осуществляется ведомствами и организациями, специально уполномоченными государством. Госкомэкология
ведает также единой государственной системой экологиче-ского мониторинга;
— разрешительная деятельность, выполняемая Госкомэкологии и его органами, заключается в выдаче разрешений на выбросы, сбросы вредных веществ, их захоронение, на добывание, сбор, продажу, скупку, обмен, пересылку, хранение, вывоз за границу и ввоз в страну
биологических объектов, в том числе относящихся к видам, занесенным в Красную книгу
России. Сюда входит также определение нормативов, лимитов, условий природопользования, а также нормативов качества окружающей природной среды;
194
— информационная деятельность, согласно которой Госкомэкологии обязан обеспечивать своевременную и правдивую информацию о состоянии окружающей среды и ее изменениях под воздействием хозяйственного развития. Ежегодно Госкомэкологии публикует доклад о состоянии природной среды и использовании природных ресурсов России:
— руководство охраной природно-заповедного фонда;
— организация экологического образования и воспитания;
— участие в развитии международного сотрудничества в области охраны окружающей
среды и природных ресурсов.
Свои полномочия Госкомэкологии осуществляет через систему территориальных органов в краях, областях, городах и районах, созданных по согласованию с органами исполнительной власти субъектов Федерации, органов местного самоуправления.
Министерство природных ресурсов РФ создано постановлением Правительства России
№ 1260 24 октября 1996 г. На это министерство возложены задачи в части рационального использования и охраны видов природных ресурсов, применяемых в экономике страны. Кроме
того, Министерству природных ресурсов переданы функции упраздненных Комитета РФ по
геологии и использованию недр (Роскомнедр) и Комитета РФ по водному хозяйству
(Роскомвод).
В связи с этим Министерству природных ресурсов РФ переданы два блока функциональных обязанностей: по управлению фондом недр и регулированию водных ресурсов.
В области управления фондом недр Министерство природных ресурсов осуществляет:
— регулирование использования и охраны недр;
— геологическое изучение недр;
— поиск, разведку и разработку полезных ископаемых.
В области регулирования водных отношений Министерство природных ресурсов осуществляет мероприятия в целях охраны воспроизводства водных ресурсов, восстановления
водных объектов для обеспечения населения и народного хозяйства чистой водой, сохранения чистоты и полноводности рек и озер, морей и других водных объектов.
Министерство природных ресурсов ведет учет, регистрацию и паспортизацию водных
объектов. Оно выступает заказчиком при сооружении водохозяйственных объектов, организует эксплуатацию и строительство водохранилищ. На Министерство возложены функции
государственного контроля за охраной и использованием вод, которые Министерство выполняет через систему территориальных управлений.
3. Госкомсанэпидемнадзор России является головным органом санитарного надзора
России. В области охраны окружающей природной среды он выполняет следующие функции:
195
— координирует деятельность министерств и ведомств, предприятий и организаций в области санитарной охраны природной среды;
— разрабатывает и утверждает санитарные нормативы вредных веществ в окружающей среде, санитарные нормы и правила, обязательные для всех хозяйствующих субъектов и граждан;
— осуществляет через санитарно-эпидемиологическую службу надзор за соблюдением
санитарных нормативов и санитарных правил по охране атмосферного воздуха, водных источников и почвы от загрязнения веществами, вредными для здоровья человека;
— проводит информационную работу путем создания банка данных о состоянии общественного здоровья и среды обитания людей, прогнозирование изменения среды обитания
под
влиянием
антропогенного
воздействия,
оповещения
населения
о
санитарно-
эпидемиологической обстановке и мерах, принимаемых по оздоровлению окружающей среды.
Свою работу Госкомсанэпидемнадзора России выполняет через систему территориальных органов (санэпидемстанций и инспекций), расположенных в краях, областях, городах и
районах.
4. Росгидромет является головной организацией в осуществлении единой государственной службы мониторинга окружающей среды. На этот орган возложена организация и
проведение наблюдений, оценка, прогноз состояния окружающей среды и ее изменений в
процессе хозяйственного развития. Объектом его наблюдения являются: атмосфера, почвы,
поверхностные воды, суши, морская среда, сельскохозяйственные угодья и культуры, околоземное космическое пространство.
Основная функция Росгидромета — информировать население и государственные
службы о состоянии и изменениях в окружающей среде.
Особенностью в деятельности Росгидромета является то, что этот орган не наделен
полномочиями предупредительного или карательного характера и не имеет средств реагирования на выявленные правонарушения. Этой деятельностью занимается получатель информации, т. е. соответствующие министерства, ведомства, инспекции, организации, предприятия.
Система службы Росгидромет получает регулярную информацию от 682 стационарных
постов в 248 городах и поселках. Для исследования проб почвы, воды и воздуха имеются
химические, гидробиологические и гидрохимические лаборатории. За трансграничным перемещением загрязняющих веществ наблюдают три станции. На территории России находятся шесть станций фонового мониторинга, расположенные в биосферных заповедниках
196
РФ. Состояние Мирового океана и экологического пространства изучается с помощью спутников, кораблей, постов наземного наблюдения и системы спутниковой связи.
Среди мероприятий по стабилизации и дальнейшему улучшению экологической обстановки в России особое место отводится формированию системы экологического мониторинга, основной задачей которого является информационное обеспечение и поддержка процедур
принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности.
В Российской Федерации функционирует несколько ведомственных систем мониторинга:
— служба наблюдения за загрязнением окружающей среды Росгидромета;
— служба мониторинга лесного фонда Рослесхоза;
— служба мониторинга водных ресурсов Министерства природных ресурсов;
—
служба агрохимических наблюдений и мониторинга загрязнения сельскохозяй-
ственных земель Роскомзема;
— служба санитарно-гигиенического контроля среды обитания человека и его здоровья;
— Госкомсанэпидемнадзор России;
— контрольно-измерительная служба Госкомэкологии и др. Мониторинг окружающей
среды России входит в систему глобального мониторинга окружающей природной среды.
5. Министерство по чрезвычайным ситуациям (МЧС) России занимается вопросами
обеспечения безопасности людей в условиях экстремальной ситуации, стихийных бедствий,
производственных аварий и катастроф. Экологическая функция МЧС России состоит в принятии чрезвычайных мер по ликвидации экологических катастроф.
6. Роскомзем осуществляет учет земель, ведение государственного земельного кадастра, регулирование предоставления и изъятия земель, государственный контроль за охраной и
использованием земель, руководство землеустроительной службой. Свои функции Роскомзем осуществляет через территориальные органы в краях, областях, районах.
7. Рослесхоз осуществляет охрану, использование, воспроизводство и защиту лесов,
организацию лесного хозяйства, отвод лесосек, выдачу лесорубочных билетов и ордеров,
борьбу с лесными пожарами и нарушителями лесного законодательства, проведение мероприятий по воспроизводству лесных массивов.
8. Роскомрыболовства осуществляет разработку мер по регулированию использования, охране и воспроизводству рыбных запасов; регулирование рыболовства и правил охраны рыбных запасов, учет рыбных запасов, установление норм допустимого улова рыбы и
других водных животных. Роскомрыболовства определяет нормативы чистоты вод рыбохозяйственных водоемов, выдает разрешение на промысловый, спортивно-любительский,
197
научно-исследовательский лов рыбы. Органы Комитета РФ по рыболовству построены по
бассейновому принципу.
9. Минсельхозпрод России традиционно относится к числу специально уполномоченных органов. Это министерство выполняет три экологические функции, осуществляя:
— управление и охрану животных (учет, регулирование, контроль охоты);
— защиту от проникновения на территорию Российской Федерации болезней животных
и растений;
— контроль за использованием средств химизации и защиты растений.
К числу функциональных и территориальных специально уполномоченных органов по
охране окружающей природной среды относятся:
Госатомнадзор России, который осуществляет контроль и надзор за производством,
транспортировкой, хранением, применением в народном хозяйстве атомной энергии, ядерных материалов, радиоактивных веществ и изделий на их основе с целью безопасности населения и охраны окружающей среды.
Госгортехнадзор — в числе других задач, обусловленных его статусом в области охраны труда, организует и осуществляет государственный горный надзор для обеспечения всеми пользователями недр соблюдения правил использования недр, безопасности ведения работ, предупреждения и устранения их вредного воздействия на население, окружающую среду, народное хозяйство.
Государственный таможенный контроль (ГТК) России в числе других задач, обусловленных его статусом, выполняет природоохранные функции путем принятия мер по борьбе с
незаконным вывозом природного наследия, животных и растений, занесенных в Красную
книгу, а также незаконным ввозом и вывозом товаров, представляющих экологическую
опасность для человека и природной среды.
Министерство внутренних дел (МВД) России также относится к государственным органам экологического управления и контроля. Согласно Закону «О милиции», Положению о
министерстве и в соответствии с другими нормативными документами, МВД России обеспечивает охрану атмосферного воздуха от вредного воздействия транспортных средств, охраняет природные объекты, ведет борьбу за соблюдение санитарных правил и оказывает содействие в государственной охране природной среды.
Помимо специально уполномоченных органов государства на выполнение функций по
охране окружающей природной среды и ее отдельных объектов, среди отраслевых и функциональных органов исполнительной власти есть такие, которые в процессе выполнения
своих специфических задач одновременно решают вопросы охраны природной среды. К ним
можно отнести:
198
Министерство экономики РФ, которое, решая задачи по формированию стратегии социально-экономического развития России, по размещению производительных сил, по разработке основных направлений инвестиционной политики, должно учитывать экологические
интересы общественного развития. Совместно с Госкомэкологии оно обеспечивает развитие
экологически чистого производства, внедрение безотходной и малоотходной технологии.
Госстандарт России совместно с Госкомэкологии, другими министерствами и ведомствами природоохранного профиля разрабатывает и утверждает государственные стандарты
по охране природы окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов. Он следит за правильностью учета экологических требований, предъявляемых к продукции, проводит правовую экспертизу стандартов, в том числе с точки зрения их соответствия
природоохранному законодательству.
Роскартография России является федеральной службой, которая занимается геодезией
и картографией. Совместно с Госкомэкологии и Министерством природных ресурсов она
выполняет экологическое картографирование, мониторинг окружающей среды, взаимодействует по вопросам ведения природоресурсных кадастров. Совместно с Роскомземом Роскартография России, как федеральная служба, занимается составлением земельного кадастра,
а с Комитетом по геологии и использованию недр — природным кадастром по недрам.
11.7. Развитие экологического движения
Экологическое движение в России имеет свои исторические корни. Еще во времена
Ярослава Мудрого в первом законодательном сборнике «Русская Правда» предусматривалось наказание за порчу охотничьих угодий и воровство ловчих птиц. В дальнейшем такие
законы получили свое развитие в Уложении царя Алексея Михайловича (1649). В них за
правонарушение по отношению к природе полагалось «... бить батогами нещадно...».
В XVIII веке Петр I своими указами предписывал оберегать уникальные памятники
природы, природные лечебные источники, особо ценные лесные массивы. Многое сделано в
области охраны природы в советский период развития страны. Известный американский историк, профессор Аризонского университета Дуглас Вайнер так оценил научный экологический потенциал России: «Для многих будет удивительно, что еще в 20-х годах и начале 30-х
Советский Союз был на переднем плане развития теории и практики охраны природы. Русские первыми предложили выделять специально охраняемые территории для изучения экологических сообществ и Советское правительство было первым, кто воплотил эту идею. Более того, русские были первыми, кто понял, что планирование регионального землепользования и восстановление разрушенных ландшафтов должны строиться на основе экологических исследований. В настоящее время эти идеи получили международное признание в программе биосферных заповедников ЮНЕП».
199
Более полувека назад замечательный русский ученый, академик В. И. Вернадский показал, что мощь человеческой деятельности сравнима с геологической силой Земли, сдвигающей континенты, поднимающей горные массивы, опускающей материки. С тех пор мощь эта
возросла в десятки раз, и сегодня уже не деятельность человечества в целом, а всего одно
предприятие может нанести огромный, а иной раз и непоправимый вред громадному региону. А поскольку любой регион связан неразрывными экологическими узами с континентом,
со всей атмосферой, сушей и водой земного шара, вред этот зачастую приобретает глобальные масштабы и вызывает отрицательные последствия для нормального существования жизни на Земле, для закономерного протекания планетарных процессов. Такая мощь требует и
соответствующего ей сознания и мышления, профессиональной подготовки и материальнотехнического обеспечения.
В структуре современного экологического движения в России следует отметить три
существенных элемента:
— формирование экологического сознания;
— развитие организационных форм экологического движения;
— наличие различных путей и методов реализации задач, поставленных экологическим
движением.
1. Формирование экологического сознания. Любое общественное движение носит
осмысленный и целеустремленный характер. У истоков формирования экологического миропонимания находились идеи консервативной охраны природы. В период интенсивного использования природных ресурсов в нашей стране в обществе закрепилось потребительское
отношение к природе. Объективно это поддерживалось правительством, исходя из понимания того, что территория России огромна, а ее природные богатства — неисчислимы.
На этой основе в середине XX века появилась антропоцентрическая концепция, в центре которой стоял человек — могучий преобразователь природы, не ждущий милости от
природы, а преобразующий ее по своей воле и знаниям. Официальная пропаганда внушила
советскому человеку, что в условиях планового развития хозяйства и общественной собственности на средства производства, а также согласно социалистическому мировоззрению
— нет и не может быть антагонистических противоречий между обществом и природой.
Однако нарастание экологического кризиса и недостаточная эффективность государственной политики советского периода в области охраны окружающей среды вызвали перелом в общественном экологическом сознании. Усиливается протест населения против загрязнения окружающей среды, нерационального использования природных ресурсов, варварского уничтожения памятников природы.
200
Трагедии Чернобыля, Арала, крупные аварии и катастрофы техногенного характера
окончательно повернули общественное мнение в сторону необходимой защиты окружающей
природной среды и положили начало широкому экологическому движению в России.
В конце 50-х годов образуется Всероссийское общество охраны природы с отделениями
в городах и районах. Вслед за этим создается сеть природоохранных организаций в рамках
профсоюзных, комсомольских и пионерских структур. Образуются секции, отделы охраны
природной среды в составе Союза научно-технических обществ, Всероссийского общества
«Знание» и т. д.
Однако до 1985 года на фоне общественной жизни экологическое движение не было
заметным явлением. Углубление экологического кризиса и растущее недовольство экологической политикой центра, с одной стороны, и развитие демократии, гласности, с другой, послужили толчком в развитии экологического движения, его активизации. Создаются новые
организации
экологического
профиля,
проходят
экологические
забастовки,
кон-
кретизируются требования о закрытии экологически вредных производств. По предложениям общественного экологического движения, требованиям населения и общественных организаций за последние годы приостановлена деятельность свыше тысячи предприятий.
2. Развитие организационных форм экологического движения. Практика экологического движения в России выработала несколько организационных форм, в числе которых: общества, союзы, фонды, ассоциации, политические партии.
Добровольные общества: Московское общество испытателей природы, Всероссийское
общество охраны природы, Союз научно-технических обществ, Общество защиты животных
и др. На первое января 1997 года в Российской Федерации действовало более 800 экологических объединений.
Союзы: Экологический союз, Социально-экологический союз, ассоциация «Экология и
Мир», ассоциация содействия экологическим проектам, Центр экологических проектов, Экологический центр и др.
Фонды: Экологический фонд, Фонд Байкала, Фонд Арала, Фонд защиты Ямала, Молодежный экологический фонд и т. д.
Самостоятельные организации: клубы, патрули, дружины, коммерческие кооперативы,
частные предприятия и организации по оказанию экологических услуг.
Земельное движение — решает вопросы от охраны природы до возрождения национальных и
исторических ценностей. В 1993 году оно оформилось как партия. Однако слабая поддержка
избирателей пока не позволяет этой партии принимать участие в выборах. Накануне выборов
в Государственную Думу шестого созыва на фоне политической борьбы появилось экологи-
201
ческое движение КЕДР. Его задачи не ограничивались только экологией. Однако и оно не
получило большинства на выборах.
3. Наличие различных путей и методов реализации задач, поставленных экологическим
движением. По профилю деятельности общественные образования экологического движения в России могут быть комплексными и специальными.
Комплексные — занимаются охраной окружающей природной среды в числе других выполняемых ими функций.
Специальные — выполняют лишь одну экологическую функцию.
По территориальному признаку общественные экологические организации подразделяются на федеральные, республиканские, региональные, городские и др.
Различия в деятельности общественных образований экологического движения по профилю необходимо правильно увязывать с существующими методами экологической работы.
Несмотря на многообразие форм экологического движения, цели у них общие:
— содействие решению природоохранных проблем, стоящих перед обществом;
— пропаганда экологических знаний;
— развитие экологического воспитания и образования;
— общественный природоохранный контроль.
В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей природной среды» общественные организации экологического профиля решают следующие задачи:
— разрабатывают, утверждают и обнародуют свои экологические программы;
— участвуют в борьбе с экологическими правонарушениями;
—
участвуют в проведении государственной экологической экспертизы отдельных
предприятий.
Они также вправе требовать предоставления экологической информации и разъяснения
назначения и целей той или иной государственной экологической экспертизы.
Одним из методов решения задач, поставленных экологическим движением, является
организация забастовок, собраний, митингов, референдумов по вопросам охраны окружающей среды.
Граждане и общественные организации вправе обращаться с требованиями о прекращении экологически вредной деятельности и возмещении причиненного вреда в административные органы, суд и арбитражный суд.
Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» обязывает государственные органы оказывать всемерное содействие деятельности экологических организаций, принимать
необходимые меры по выполнению их предложений и законных требований.
202
Гармонизация отношений ПРИРОДЫ, ЧЕЛОВЕКА, ЗАКОНА — ключевая триада и
формула действия современного экологического движения в России.
Вопросы для самопроверки:
1. Дайте определение экологического права.
2. Что понимается под источниками экологического права?
3. Каковы этапы формирования экологического законодательства?
4. Что включает система экологического законодательства?
5. Экологические нормы Конституции РФ.
6. Назовите источники экологического права.
7. Основные направления экологической политики России на современном этапе.
8. Назовите состав государственных органов управления специальной компетенции в области охраны окружающей среды.
9. Функции государственных органов управления специальной компетенции в области охраны окружающей
среды.
10. Чем отличаются комплексные, отраслевые и функциональные органы управления в области охраны окружающей среды?
11. Какие законодательные документы определяют сферу полномочий государственных органов управления в
области экологии?
12. Перечислите задачи, решаемые Российской Федерацией, субъектами Российской Федерации и органами
самоуправления в области экологии.
13. Основные функции Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды
(Госкомэкологии).
14. Основные функциональные обязанности Министерства природных ресурсов Российской Федерации.
15. Назовите головной орган санитарного надзора России и его функции.
16. Что входит в понятие мониторинга окружающей среды и какие органы управления его осуществляют?
17. Основные функции Министерства по гражданской обороне, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России).
18. Какие органы осуществляют контроль за рациональным использованием земель, лесов и гор?
19. Роль экологического движения с формированием нового миропонимания.
20. Перечислите организационные формы экологического движения в России.
21. Методы деятельности экологических организаций.
203