Экосистемы: структура экосистем, закономерности функционирования

ЛЕКЦИЯ по дисциплине «Экология» от 25.11.2020 (продолжение) Тема 2.2. Экосистемы: структура экосистем, закономерности функционирования Экологическая система (или экосистема) – любая совокупность совместно обитающих организмов и неорганических компонентов, при взаимодействии которых происходит круговорот веществ и поток энергии. Экологическая система (или экосистема) – это совокупность совместно обитающих живых организмов совместно обитающих в среде обитания, объединенных в единое функциональное целое вещественными, энергетическими и информационными взаимодействиями. Примеры экосистем: гниющий пень, муравейник, лужа с дождевой водой, парк, пастбища, луга, аквариум, биосфера и др. Озеро, степь, лес, пустыня, болото – типичные примеры природных экосистем. Отличие экосистемы от биогеоценоза. Понятие экосистемы не требует каких-то ограничений на занимаемую ею территорию или акваторию и может применяться к любым комплексам организмов и их среды обитания (включая водную), не только к естественным (природным), но и к созданным человеком. Биогеоценоз – это природная, выделяемая на суше экосистема, границы которой определены фитоценозом, т. е. растительным сообществом. Поэтому экосистема – понятие более широкое, чем биогеоценоз: любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема является биогеоценозом. ЭКОСИСТЕМА = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП Термин «экосистема» был предложен ботаником А. Тенсли в 1935 году. Основные виды экосистем По происхождению (по типу возникновения) все экосистемы делят на природные (естественные), антропогенные (искусственные) и социоприродные (смешанные). – природные – это экосистемы естественного происхождения, в которых круговорот веществ происходит без участия человека (например, озеро Байкал, сибирский лес, сосновый бор, степь); – антропогенные – это искусственные экосистемы, созданные человеком и существующие при его поддержке (например, агроэкосистема, которая не может существовать без непосредственного участия человека) (сад, приусадебный участок, поле). Как правило, агроэкосистема требует внесения питательных веществ (удобрений) в почву вследствие выноса из нее основной части биомассы с продукцией (сельскохозяйственного производства); – социоприродные – это естественные экосистемы, измененные человеком (например, водохранилище, парк). По источнику получаемой энергии экосистемы делятся на автотрофные и гетеротрофные. – автотрофные – это экосистемы, способные сами обеспечивать себя энергией, получаемой от Солнца, благодаря деятельности собственных организмов: фотоавтотрофов или хемоавтотрофов. Многие природные и некоторые антропогенные экосистемы относятся именно к автотрофному типу. К группе автотрофных организмов принадлежат все зеленые растения и некоторые представители бактерий, способные фотосинтезировать. – гетеротрофные – это экосистемы, которые получают энергию в виде готовых органических соединений, синтезированных организмами, не входящими в структуру данных экосистем. Некоторые природные и антропогенные системы могут принадлежать к гетеротрофному типу (например, экосистемы глубин океанов используют органические остатки, которые падают сверху или города с их линиями электропередач). По размерам (в зависимости от масштаба) экосистемы делят на следующие группы: – микроэкосистемы (муравейник, гниющий пень, лужа); – мезоэкосистемы (лес, большое озеро, река, поле, болото); – макроэкосистемы (море, океан, тундра, пустыня, континент); – глобальная экосистема (биосфера). Типы экосистем Существует два основных типа экосистем: водные и наземные. Любые другие экосистемы мира относятся к одной из этих двух категорий. Структура, компоненты и факторы экосистемы В экосистеме выделяют два основных компонента: 1. биотический; 2. абиотический. Биотические компоненты Живые существа, включая растения, животных и микроорганизмы (бактерии и грибы), присутствующие в экосистеме, являются биотическими компонентами. На основе их роли в экологической системе, биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты – автотрофные организмы (в основном зеленые растения и водоросли), синтезирующие органические вещества из неорганических. Продуценты используют энергию Солнца, преобразуя ее в химическую энергию органических веществ, доступную всем остальным организмам. На суше большую часть продуцентов составляют растения лесов и лугов; в воде это, в основном, зелёные водоросли. Кроме того, производить органические вещества могут синезелёные водоросли и некоторые бактерии. Консументы – потребители органического вещества – гетеротрофные организмы, питающиеся готовыми органическими веществами. К консументам относятся все растительноядные, плотоядные и всеядные животные, а также паразиты. Консументы делятся на фаготрофов, питающихся животными и растительными организмами, и сапротрофов, питающихся мертвыми остатками. Классификация консументов: – консументы первого порядка, или фитофаги – это гетеротрофные организмы, для которых источником пищи служат фотосинтезирующие растения; – консументы второго порядка – это животные, поедающие фитофагов; – консументы третьего и четвертого порядков – это живые организмы, питающиеся соответственно консументами второго и третьего порядков. Редуценты – гетеротрофные организмы (бактерии, грибы), которые в процессе своего питания разрушают органическое вещество отмерших растений и животных и экскременты животных, превращая их в простые неорганические соединения, пригодные для усвоения растениями. Абиотические компоненты Абиотические компоненты представляют собой не связанные между собой факторы жизни или физическую среду, которая оказывает влияние на структуру, распределение, поведение и взаимодействие живых организмов. Абиотические компоненты представлены в основном двумя типами: – климатическими факторами, которые включают в себя дождь, температуру, свет, ветер, влажность и т. д. – эдафическими факторами, включающие в себя кислотность почвы, рельеф, минерализацию и т. д. Характеристики биогеоценоза (экосистемы): биомасса, продуктивность, видовое разнообразие, плотность популяций каждого вида, соотношение видов по численности и плотности популяций, пространственная и трофическая (пищевая) структуры и т. д. Биомасса — суммарная масса всех организмов экосистемы или отдельных ее трофических уровней. – Биомасса выражается обычно в единицах массы вещества на единицу площади или объема экосистемы (кг/га, кг/м3 и др.). – Биомасса всех организмов Земли составляет 2,4 • 1012 т сухого вещества, 90 % от этого количества составляет биомасса наземных растений. Продуктивность – прирост биомассы, созданный организмами экосистемы за единицу времени на единице площади или объема. – Продуктивность выражается в единицах массы вещества на единицу площади или объема за определенный отрезок времени (кг/м2 в год и др.). Первичная продуктивность экосистемы – количество биомассы, продуцированной за единицу времени всеми растениями этой экосистемы в результате фотосинтеза. Вторичная продуктивность экосистемы – количество биомассы, продуцированной всеми консументами этой экосистемы за единицу времени. – Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле 150-200 млрд т (из них 2/3 дают наземные экосистемы, 1/3 – водные экосистемы). – Наиболее продуктивные экосистемы: тропический дождевой лес (около 2 кг/м2 в год) и приполярные области Мирового океана (около 0,25 кг/м2 в год). 3. Видовая структура экосистемы Видовая структура БГЦ или экосистемы — разнообразие видов всех входящих в БГЦ (или экосистему) популяций и соотношение этих видов по численности (или биомассе) и плотности популяций. Различают экосистемы, богатые видами (коралловые рифы, дождевые тропические леса и др.), и бедные ими (арктическая тундра, пустыни, болота и др.). Видовая структура экосистемы – это многообразие видов, их взаимодействие и соотношение численности. Различные сообщества, состоящие из разных видов, образуют видовое разнообразие экосистемы. Например, в степи на площади 100 м2 произрастают растения, принадлежащие к 100 разным видам. Видовая структура экосистемы определяется также и соотношением численности особей разных видов в экосистеме. Например, в одном лесу могут обитать около 10 видов птиц по 100 особей каждого вида. В другом лесу то же количество видов включает неоднородное соотношение особей каждого вида: особи одних видов по численности могут превосходить другие виды, и наоборот. Виды, в популяции которых содержится наибольшее количество особей, называются доминантами. Виды-доминанты – виды, преобладающие по численности особей или занимающие большую площадь в данной экосистеме. Например, в степях доминантами являются ковыль и типчак, так как именно представители этих видов преобладают в экосистеме по численности. Доминанты определяют структуру экосистемы и, как правило, не имеют врагов, что дает им заметное преимущество к процветанию. Виды-эдификаторы – виды-доминанты (чаще растения, иногда животные), играющие главную роль в определении состава, структуры и свойств экосистемы путем создания среды для всего сообщества (в ельнике – ель, в березняке – береза и т. д.). Эдификатор – основной образователь среды. Обычно доминирующий вид является и эдификатором. Например, сосна в сосновом бору считается как доминантом, так и эдификатором. Во-первых, по биомассе сосна значительно превосходит остальные организмы данной экосистемы, а во-вторых, она создает условия для существования “соседей”, затеняя нижние ярусы, окисляя почву. Например, в еловом лесу освещенность значительно меньше, а температура воздуха ниже, чем в лиственном; дождевые воды, стекающие с крон елей, имеют кислую реакцию, а под деревьями формируется мощная подстилка из очень медленно разлагающейся хвои с низким содержанием гумуса. В результате ель в процессе своей жизнедеятельности настолько изменяет условия среды, что данный биотоп становится непригодным для существования многих видов организмов и заселяется только видами, хорошо приспособленными к жизни в таких условиях. 4. Пространственная структура экосистемы Пространственная структура экосистемы – это расположение популяций разных видов в экосистеме. Пространственная структура – распределение организмов (в основном растений) по достаточно четко ограниченным в пространстве (по вертикали и/или по горизонтали) элементам структуры – ярусам и микрогруппировкам. Пространственная структура экосистемы бывает вертикальной и горизонтальной. Растительность определяет главным образом вертикальную структуру экосистемы. Совокупность растений одинаковой высоты формирует ярусы. Ярусы характеризуют вертикальное расчленение фитоценозов. Их образуют надземные вегетативные органы растений и их корневые системы. Выделяют около пяти ярусов, образованных разными жизненными формами растений: древесный (верхний и нижний), кустарниковый, кустарниково-травяной, мохово-лишайниковый. Высокие деревья (сосна, ель, дуб, береза) составляют верхний (первый) ярус. Далее располагаются деревья пониже (рябина, осина, черемуха, яблоня), образующие второй ярус. Затем идут кустарники (шиповник, жимолость, крушина, ежевика), формирующие третий ярус. Мхи, низкорослые травы и лишайники создают самый нижний ярус. Основной фактор, определяющий вертикальное распределение растений, – количество света, обусловливающее температурный и влажностный режимы на разных уровнях над поверхностью почвы в биогеоценозе. Верхние ярусы образуются светолюбивыми и лучше приспособленными к колебаниям температуры и влажности воздуха растениями; в нижних ярусах обитают растения, менее требовательные к свету. Рисунок 1 – Горизонтальная структура экосистемы Животные также распределены по ярусам (обитатели кустарников, мохового покрова, почвы и т. д.). Ярусность бывает не только надземная, но и подземная. Почвенную ярусность определяет характер залегания корневой системы различных растений. Горизонтальная структура экосистемы (мозаичность) – это неравномерное распределение популяций отдельных видов по площади. Мозаичность – расчлененность (неоднородность) биогеоценоза по горизонтали, выражающаяся в наличии в нем различных микрогруппировок, которые различаются видовым составом, количественным соотношением разных видов, продуктивностью и другими признаками и свойствами. Мозаичность обусловлена: – неоднородностью микрорельефа почвы; – особенностями биологии размножения и формы растений; – деятельностью растений, животных и человека (образованием муравейников, вытаптыванием копытными травостоя, кострищами, выборочной вырубкой деревьев и др.). Рисунок 2 – Вертикальная структура экосистемы  Вертикальная и горизонтальная структуры экосистемы позволяют организмам наиболее эффективно использовать световой поток, минеральные вещества почвы и влагу. 5. Трофическая структура экосистемы Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счёт постоянного притока энергии. В конечном итоге вся жизнь на Земле существует за счёт энергии солнечного излучения, которая переводится растениями в процессе фотосинтеза в химические связи органических соединений. Гетеротрофы получают эту энергию вместе с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые (трофические) связи в сообществах – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Трофические связи в биоценозах очень сложные, но путь каждой конкретной порции энергии, накопленной зелёными растениями, короток. Она может передаваться не более, чем через 4-6 звеньев ряда, состоящего их последовательно питающихся друг другом организмом. Такие ряды, в которых можно проследить пути расходования дозы энергии, называют цепями питания. Цепь питания, или трофическая цепь – взаимоотношения организмов при переносе энергии пищи от источника (зелёных растений) через ряд организмов различных трофических уровней путём поедания одних организмов другими. Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Трофический (пищевой) уровень – комплекс организмов с одинаковым типом питания, занимающих определенное положение в пищевой цепи. Трофический уровень – это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. Трофический уровень – совокупность организмов, объединенных типом питания. Различают следующие трофические уровни: – первый трофический уровень образуют автотрофные организмы (продуценты (фотосинтезирующие растения: зеленые растения, водоросли), создающие органические вещества из неорганических за счет солнечной энергии; – второй трофический уровень образуют травоядные животные (консументы I-го порядка: гусеницы бабочек, мыши, полевки, зайцы, овцы, козы и т. п.), потребляющие органические вещества, созданные растениями-продуцентами; – третий трофический уровень составляют плотоядные животные (консументы II-го порядка или первичные хищники: змея, поедающая грызунов, или волк, питающийся кроликом, хищные насекомые, насекомоядные птицы и т. п.), поедающие мелких травоядных животных; – четвертый трофический уровень образуют плотоядные животные (консументы III-го порядка или вторичные хищники: сова, поедающая змей, хищные птицы и звери), потребляющие консументов II-го порядка, то есть других плотоядных. Плотоядные животные могут переходить с третьего на четвертый уровень и обратно, а также на более высокие трофические уровни. Типы трофических цепей Пищевые цепи подразделяются на: – пастбищные; – детритные. Пастбищные цепи (цепи выедания или потребления) начинаются с фотосинтезирующих организмов-продуцентов: на суше: растения → насекомые → насекомоядные птицы → хищные птицы; или растения → растительноядные млекопитающие → хищные млекопитающие; в море: водоросли и фитопланктон → низшие ракообразные (зоопланктон) → рыбы → млекопитающие (и частично птицы). Пастбищные цепи преобладают в морях на относительно небольших глубинах. Пастбищные пищевые цепи – это цепи выедания. Основным источником пищи здесь являются зеленые растения (продуценты). Например, трава (автотроф) → заяц → лиса. Такие пищевые цепи находятся в непосредственной зависимости от солнечной энергии. Круговорот веществ и энергии в природе определяется пастбищными пищевыми цепями.  Детритные цепи (цепи разложения) начинаются с отмерших мелких остатков растений, трупов и экскрементов животных (детрита): детрит → питающиеся им микроорганизмы-редуценты (бактерии, грибы) → мелкие животные (детритофаги: дождевые черви, мокрицы, клещи, ногохвостки, нематоды) → хищники (птицы, млекопитающие). Такие цепи наиболее распространены в лесах, где более 90 % ежегодного прироста биомассы растений отмирает, подвергаясь разложению сапротрофными организмами и минерализации. Детритные пищевые цепи – это цепи разложения, где в качестве главного источника пищи используются отмершие останки. Органические останки, или детрит, формируют начало детритных пищевых цепей. Например, листовой опад (детрит) → дождевой червь → дрозд → ястреб-перепелятник. Этот тип пищевой цепи меньше зависит от энергии Солнца. Главный фактор существования данной цепи - приток органических веществ из другой системы. Детритные пищевые цепи осуществляют накопление веществ и энергии в экосистеме. Пищевая цепь – это не одно и то же, что и пищевая (трофическая) сеть. Трофическая сеть представляет собой совокупность многих пищевых цепей и является сложной структурой. Пищевые цепи не изолированы друг от друга. Они взаимодействуют между собой, формируя пищевые сети. Пищевая сеть – это условное образное обозначение трофических взаимоотношений продуцентов, консументов и редуцентов в сообществе. Оценивая схемы пищевых цепей, можно отметить, что каждый организм питается только каким-то определенным организмом. На самом деле, это не всегда так. Как правило, живые организмы могут использовать в качестве источника пищи организмы из разных популяций. Даже организмы из смежных пищевых цепей могут выступать для них компонентом питания. Таким образом, возможно переплетение пищевых цепей с образованием пищевых сетей. Правила экологической пирамиды Трофическую структуру обычно изображают в виде экологических пирамид. Эту графическую модель разработал в 1927 г. американский зоолог Чарльз Элтон.  На каждом последующем уровне продукция примерно в 10 раз меньше предыдущего. Структурой для построения экологических пирамид служат пищевые цепи. Основанием пирамиды служит первый трофический уровень — уровень продуцентов, а следующие этажи пирамиды образованы последующими уровнями — консументами различных порядков. Высота всех блоков одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне. Объем каждого верхнего этажа по сравнению с предыдущим уменьшается. Над уровнем продуцентов залегает уровень консументов I порядка. Выше находятся консументы остальных порядков.  Различают три способа построения экологических пирамид. Позже эколог Р. Линдеман в 1942 году вывел правило 10 %: на каждый следующий более высокий трофический уровень переходит около 10% энергии предыдущего уровня. 90 % энергии при переносе ее от звена к звену рассеивается в виде тепла. Поэтому, в связи с колоссальной потерей энергии, количество трофических уровней ограничено и не превышает четырех-пяти звеньев. Чем дальше от начала располагаются звенья цепи, тем меньше энергии достается следующим трофическим уровням. Энергия (C) тратится на разнообразные процессы жизнедеятельности организмов. Часть идет на построение клеток, а именно на прирост (P). Часть расходуется на прохождение энергетического обмена (R) и на процесс дыхания (i). Некоторая часть энергии выводится из организма в качестве неусвояемых продуктов жизнедеятельности (F). Следовательно, общее количество энергии будет складываться из отдельных составляющих: C = P + R + F Очевидно, что не все слагаемые будут переходить на следующий трофический уровень. Например, энергия, затраченная на дыхание, уходит из экосистемы. Таким образом, каждый последующий уровень всегда будет получать меньше энергии, чем первоначально содержится в предыдущем.   Правило 10% (принцип Линдемана) – основной закон пирамиды энергии. Типы экологических пирамид: – пирамида чисел (численностей) – отражает численность отдельных организмов по трофическим цепям, показывая уменьшение числа особей от продуцентов к редуцентам. Например, чтобы прокормить одного волка, нужно несколько кроликов; чтобы прокормить этих кроликов, нужно большое численное многообразие растений; – пирамида биомасс – показывает соотношение продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме, выраженное в их массе. Обычно каждый последующий уровень по массе в 10 раз меньше, чем предыдущий; – пирамида энергии – отражает силу потока энергии через последовательные трофические уровни, т. е. эта пирамида отражает скорость прохождения массы пищи через трофическую цепь. Таким образом, структура биоценоза зависит главным образом не от количества фиксированной энергии, а от скорости продуцирования пищи. Экологическая пирамида может быть перевернута основанием вверх, то есть предыдущие уровни могут иметь меньшую плотность и биомассу, чем последующие. Основным фактором для этого служит высокая скорость воспроизводства популяции жертвы. Например, множество насекомых, обитающих на одном дереве. Развитие экосистем: сукцессия Экологическая сукцессия – это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории под воздействием природных или антропогенных факторов. Последовательные сообщества, сменяющие друг друга на данном пространстве, называются сукцессионными сериями. Сукцессия завершается формированием сообщества, наиболее адаптированного к условиям среды. Такое сообщество называется климакс. По общему характеру сукцессии подразделяются на первичные и вторичные. Первичная сукцессия – это сукцессия, начинающаяся на участке, прежде не заселённом, т.е. на субстрате, не изменённом деятельностью живых организмов. Например, первичная сукцессия на скалах начинается с поселения накипных лишайников на камнях. Под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются затем кустистые лишайники, зелёные мхи, а позднее – травы, кустарники и деревья-пионеры (берёза, осина, ива). Вторичные сукцессии имеют восстановительный характер и возникают на месте нарушенных или разрушенных экосистем. Например, восстановление климаксового лесного биоценоза после пожара или вырубки, или зарастание площадей, находившихся под сельскохозяйственными угодьями. Весь процесс от вырубки (пожара) до формирования устойчивого таёжного биоценоза занимает в среднем 90 – 150 лет: 1-3 года – травы и кустарники; 10 – 15 лет - лиственный лес; 20 – 25 лет - лиственный лес с подростом ели; 30 – 50 лет - смешанный лес; 90 – 150 лет - хвойный лес. Тенденции изменения основных характеристик экосистемы в процессе сукцессии: • отношение П/Д приближается к 1, где П – продуктивность, Д - траты на дыхание (П/Д = 1 в климаксе); • круговорот биогенных элементов становится всё более замкнутым; • возрастает видовое разнообразие; • увеличиваются взаимосвязи между организмами; • усложняются цепи и сети питания; • возрастает резистентная устойчивость экосистемы. Тема 2.3. Экологические факторы. Взаимоотношения организма и среды Среда обитания – это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. На нашей планете живые организмы освоили четыре среды обитания. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, затем создали и заселили почву. Четвёртой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов. Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Свойства и компоненты окружающей среды, которые воздействуют на организм, называются экологическими факторами. Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Классификация экологических факторов: 1. абиотические факторы, 2. биотические факторы. 3. антропогенные факторы. Абиотические факторы – это совокупность важных для организмов свойств неживой природы: – климатические (солнечный свет, температура, влажность воздуха и др.), – орографические (продолжительность дня), – гидрологические (скорость течения, волны, соленость воды), – эдафические (состав и свойства почв – содержание гумуса, кислотность, влажность, воздухопроницаемость и др.), – химические (химический состав атмосферы и воды). Биотические факторы – это формы воздействия живых организмов друг на друга. Всё многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические и неантагонистические. Антагонистические – это такие отношения, при которых организмы двух видов подавляют друг друга (- -) или один из них подавляет другой без ущерба для себя (+ -). Основные формы антагонистических отношений: – Хищничество – форма взаимоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид организмов живёт за счёт другого, поедая его (+ -). – Паразитизм – межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живёт за счёт другого (+ -), поселяясь внутри или на поверхности тела организма–хозяина. Паразитизм наиболее широко распространён среди растений и низших животных – вирусов, бактерий, грибов, червей, а также это – клещи, пиявки, блохи. – Конкуренция – форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за пищу и другие условия существования, подавляя друг друга (- -). Конкуренция – это такое взаимодействие организмов, которое проявляется как взаимное угнетение между ними, вызванное сходными потребностями в ограниченном ресурсе. Неантагонистические взаимоотношения: – Симбиоз – это обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения разных видов организмов (+ +). Пример симбиоза – сожительство рака-отшельника и актинии. – Мутуализм – взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов (+ +). Примеры: лишайники – сожительство гриба и водоросли; клубеньковые азотфиксирующие бактерии и корни бобовых растений. – Комменсализм – взаимоотношения, при которых один из видов извлекает выгоду, а другому они безразличны (+ 0). Примеры: лев и грифы-падальщики, акула и рыбы-прилипалы. Антропогенные факторы – это совокупность различных воздействий человека на неживую и живую природу (вырубка лесов, распашка степей, осушение болот, загрязнение окружающей среды, создание агроэкосистем, водохранилищ, коммуникаций, урбанизация и т. д. Общие закономерности действия абиотических факторов на организм Область количественных значений какого-либо фактора среды, в пределах которой могут существовать представители данного вида организмов, называют диапазоном толерантности. О границах диапазона толерантности судят по функциям отклика на действие фактора. Функция отклика – это разные проявления жизнедеятельности. Например, для растений можно следить за интенсивностью фотосинтеза, скоростью роста, для животных обобщенной функцией отклика является выживаемость или численность популяции при соответствующих значениях фактора среды. Рис. Зависимость жизнедеятельности организма или популяции от интенсивности (количественного значения) экологического фактора Количественный диапазон фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности, называется экологическим оптимумом. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы. Минимальное и максимальное значения фактора, при которых наступает гибель, называются экологическим минимумом и экологическим максимумом. Эврибионтные и стенобионтные организмы Стенобионтные, или узкоприспособленные, виды способны существовать лишь при небольших отклонениях фактора от оптимального значения. Эврибионтными называются широкоприспособленные организмы, выдерживающие большую амплитуду колебаний экологического фактора. Для обозначения отношения организма к конкретному фактору к названию фактора добавляют приставки: стено- и эври-. По отношению к температуре бывают стенотермные виды (карликовая берёза, тропические орхидеи) и эвритермные виды (растения умеренного пояса), по отношению к солёности – стеногалинные (карась, камбала, морские звёзды) и эвригалинные (колюшка, лосось). Лимитирующие факторы Лимитирующий (ограничивающий) фактор – это любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества. Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 г. немецким химиком Ю. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, Либих сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость его во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха. Предположим, в почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например бора. Рост растений на такой почве будет сильно угнетён или вообще невозможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество бора, это приведёт к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любые другие химические элементы (азот, фосфор, калий), а бор по-прежнему будет отсутствовать, это не даст никакого эффекта. Позднее сформулированный Либихом закон был распространён и на другие экологические факторы. Закон минимума Либиха в общем виде можно сформулировать так: рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов среды, значение которых приближается к экологическому минимуму. В 1913 г. английский биолог В. Шелфорд обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов может не только недостаток, но и избыток того или иного экологического фактора. Избыток тепла, света, воды и даже питательных веществ может оказаться столь же губительным, как и их недостаток. Закон толерантности Шелфорда в общем виде формулируется следующим образом: рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов среды, значения которых приближаются к экологическому минимуму или экологическому максимуму. Таким образом, если значение хотя бы одного из экологических факторов приближается к минимуму или максимуму, существование и процветание организма, популяции или сообщества становится зависимым именно от этого, лимитирующего жизнедеятельность фактора. Раздел 3. Экологические принципы рационального природопользования; основы экономики природопользования Тема 3.1. Классификация природных ресурсов. Экологические принципы рационального природопользования Классификация природных ресурсов Приро́дные ресу́рсы – тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества; совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и которые используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества. Классификация природных ресурсов по: происхождению, исчерпаемости, видам хозяйственного использования Природные ресурсы классифицируют: I. По природному генезису (происхождению): 1.1. Ресурсы природных компонентов: 1) минеральные ресурсы или полезные ископаемые; 2) ресурсы биосферы, включающие: 2.1) водные ресурсы; 2.2) почвенные и земельные ресурсы; 2.3) биологические ресурсы (ресурсы растительного мира (в т. ч. лесные) и ресурсы животного мира); 3) климатические ресурсы (солнечное тепло и свет, осадки); 4) ресурсы энергии природных процессов (солнечного излучения, внутреннего тепла земли, ветра и т. п.); 1.2. Ресурсы природно-территориальных комплексов: 1. горнопромышленные; 2. сельскохозяйственные; 3. водохозяйственные; 4. лесохозяйственные; 5. селитебные; 6. рекреационные ресурсы. II. По признаку исчерпаемости: – исчерпаемые: 1) возобновляемые ресурсы (земельные, водные, биологические); 2) невозобновляемые ресурсы (минеральные); 3) относительно возобновляемые ресурсы (пахотные почвы, спелые древостои); – неисчерпаемые (климатические ресурсы: запасы тепла и влаги, водные ресурсы и пр.). III. По видам хозяйственного использования: – ресурсы материального производства: 1) ресурсы промышленного производства; 2) ресурсы сельскохозяйственного производства; – ресурсы непроизводственной сферы (в том числе рекреационные). I. Классификация по природному генезису (по происхождению) Природные ресурсы (тела или явления природы) возникают в природных средах (водах, атмосфере, растительном или почвенном покрове и т.д.) и в пространстве образуют определенные сочетания, меняющиеся в границах природно-территориальных комплексов. На этом основании они подразделяются на две группы: ресурсы природных компонентов и ресурсы природно-территориальных комплексов. Данная классификация представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Классификация природных ресурсов по происхождению II. Классификация природных ресурсов по признаку исчерпаемости (экологическая классификация При учете запасов природных ресурсов и объемов их возможного хозяйственного изъятия пользуются представлениями об исчерпаемости запасов. А. Минц предложил называть классификацию по этому признаку экологической. Рисунок 2 – Классификация природных ресурсов по признаку исчерпаемости Все природные ресурсы по исчерпаемости делятся на две группы: исчерпаемые и неисчерпаемые. Рисунок 3 – Классификация исчерпаемых природных ресурсов 1. Исчерпаемые ресурсы Они образуются в земной коре или ландшафтной сфере, но объемы и скорости их формирования измеряются по геологической шкале времени. В то же время потребности в таких ресурсах со стороны производства или для организации благоприятных условий обитания человеческого общества во многом превышают объемы и скорости естественного восполнения. В результате неизбежно наступает истощение запасов природного ресурса. В группу исчерпаемых включены ресурсы с неодинаковыми скоростями и объемами формирования. Это позволяет провести их дополнительное разделение. На основе интенсивности и скорости естественного образования ресурсы делят на подгруппы: 1.1. Невозобновляемые природные ресурсы – это ресурсы, кото­рые после полного их исчерпания восстановить невозможно (полезные ископаемые). Некоторые из невозобновляемых ресур­сов могут быть заменимыми (н-р, минеральные топливные ресур­сы — атомной и солнечной энергией). Невозобновляемые ресурсы – ресурсы непрерывное использование которых может уменьшить их до уровня, при котором дальнейшая эксплуатация становится экономически нецелесообразной, при этом они неспособны к самовосстановлению за сроки, соизмеримые со сроками потребления: а) все виды минеральных ресурсов или полезные ископаемые (извлеченные из недр). Они, как известно, постоянно образуются в недрах земной коры в результате непрерывно протекающего процесса рудообразования, но масштабы их накопления столь незначительны, а скорости образования измеряются многими десятками и сотнями миллионов лет (например, возраст каменных углей насчитывает более 350 млн лет), что практически их учитывать в хозяйственных расчетах невозможно. Освоение минерального сырья происходит по исторической шкале времени и характеризуется всевозрастающими объемами изъятия. В этой связи все минеральные ресурсы рассматриваются не только как исчерпаемые, но и как невозобновляемые; б) земельные ресурсы в их естественном природном виде - это материальный базис, на котором происходит жизнедеятельность человеческого общества. Морфологическое устройство поверхности (т. е. рельеф) существенно влияет на хозяйственную деятельность, на возможность освоения территории. Однажды нарушенные земли (например, карьерами) при крупном промышленном или гражданском строительстве в своем естественном виде уже не восстанавливаются. 1.2. Возобновляемые природные ресурсы – это ресурсы, которые по мере расходования воспроизводятся под действием природных процессов или сознательных усилий человека (солнечная энергия, круговорот воды в природе, поддержание растительностью уровня кислорода в атмосфере). Плодородие почвы требует усилий человека, в частности внесения удобрений. Согласно ГОСТ Р 52104-2003 возобновляемые ресурсы – часть природных ресурсов в пределах круговорота веществ в биосфере, способная к самовосстановлению в сроки, соизмеримые со сроками хозяйственной деятельности человека (растительность, животный мир, кислород атмосферы и др.). Возобновляемые ресурсы - ресурсы, которым свойственна способность к восстановлению (через размножение или другие природные циклы): а) ресурсы растительного мира; б) ресурсы животного мира. И те и другие восстанавливаются довольно быстро (в течение времени жизни одного-двух поколений людей), и объемы естественного возобновления хорошо и точно рассчитываются. Например, может восстановиться численность популяции промысловых видов рыб и иных биологических ресурсов; естественным путем может восстановиться уровень воды в водохранилище, после засушливого сезона; возможно самоочищение водоема после его загрязнения. Однако, в каждом из приведенных примеров, для восстановления ресурса необходимо соблюдение целого ряда условий, например, для самоочищения водоема важны природа и количество загрязняющих веществ, достаточная степень проточное™, температура и состав воды, тип его бассейна, количество и состав гидробионтов — растений, животных и микроорганизмов — обитателей водоема и т.д. Но самовосстановление возможно не всегда: если популяция промыслового вида была уничтожена, то потребуется или значительное время для ее самовосстановления, или придется предпринимать определенные действия по транспортировке минимально необходимого количества особей для разведения, создания для них определенных условий. 1.3. Относительно (не полностью) возобновляемые. Некоторые ресурсы хотя и восстанавливаются в исторические отрезки времени, но возобновляемые объемы их значительно меньше объемов хозяйственного потребления. Именно поэтому такие виды ресурсов оказываются весьма уязвимыми и требуют особенно тщательного контроля со стороны человека. К относительно возобновляемым ресурсам относятся очень дефицитные природные богатства: а) продуктивные пахотно-пригодные почвы; б) леса с древостоями спелого возраста; в) водные ресурсы в региональном аспекте. 2. Неисчерпаемые ресурсы К неисчерпаемым относят те виды природных ресурсов, запасы которых неиссякаемы как в настоящее время, так и в обозримом будущем. В число неисчерпаемых ресурсов включают: а) водные ресурсы (воды Мирового океана); б) климатические ресурсы; в) солнечную энергию; г) энергию земных недр (геотермальная энергия); д) энергию морских приливов и волн; е) энергия ветра; ж) атмосферный воздух. III. Классификация природных ресурсов по видам хозяйственного использования Использование только одной классификации видов ресурсов по их происхождению (или «природной классификации», по определению А.А. Минца) недостаточно, так как она не отражает экономического значения ресурсов и их хозяйственной роли. Среди систем классификации природных ресурсов, отражающих их экономическую значимость и роль в системе общественного производства, чаще применяется классификация по направлению и формам хозяйственного использования ресурсов. Основной критерий подразделения ресурсов в ней - отнесение их к различным секторам материального производства или непроизводственной сферы. Ресурсы материального производства делятся на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства. Рисунок 4 – Классификация природных ресурсов по видам хозяйственного использования 1. Ресурсы промышленного производства. Эта подгруппа включающая в себя все виды природного сырья, которые используются промышленностью. В связи с многоотраслевым характером промышленного производства виды природных ресурсов дифференцируются следующим образом: 1) энергетические ресурсы, к которым относятся разнообразные виды ресурсов, используемых на современном этапе развития науки и техники для производства энергии: а) горючие полезные ископаемые: – твердые – каменный и бурый уголь, горючие сланцы, нефтеносные сланцы и нефтеносные пески, торф; – жидкие – нефть и газовый конденсат; – газообразные – природный газ, в том числе, содержащийся в угольных пластах. б) гидроэнергоресурсы – это энергия свободно падающих речных вод, приливно-волновая энергия морских вод и др.; в) источники биоконверсионной энергии – использование топливной древесины, производство биогаза из отходов сельского хозяйства; г) ядерное сырье, оно используется для получения атомной энергии (уран и радиоактивные элементы); д) энергия ветра, солнца, геотермальных источников и др.). 2) неэнергетические включающие подгруппу природных ресурсов, которые поставляют сырье для различных отраслей промышленности или же участвуют в производстве по технологической необходимости: а) полезные ископаемые, не используемые для производства энергии (не относящиеся к группе каустобиолитов); б) воды, используемые для промышленного водоснабжения; в) земли, занятые промышленными объектами и объектами инфраструктуры; г) лесные ресурсы, поставляющие сырье для лесохимии и строительной индустрии; д) рыбные ресурсы относятся к данной подгруппе условно, так как в настоящее время добыча рыбы и обработка улова приобрели промышленный характер; е) кислород атмосферного воздуха, азот и др. 2. Ресурсы сельскохозяйственного производства объединяющие виды ресурсов, участвующих в создании сельскохозяйственной продукции: а) агроклиматические – это ресурсы тепла и влаги, они необходимы для продуцирования культурных растений или выпаса скота; б) почвенно-земельные ресурсы – земля и ее верхний слой – почва, обладает уникальным свойством, рассматривается и как природный ресурс и как средство производства в растениеводстве; в) растительные кормовые ресурсы-ресурсы биоценозов, служащие кормовой базой выпасаемого скота; г) водные ресурсы – воды, используемые в растениеводстве для орошения, а в животноводстве – для водопоя и содержания скота. К ресурсам непроизводственной сферы (нематериального производства) (непосредственного потребления - прямого или косвенного) относятся: – ресурсы, изымаемые из природной среды (дикие животные, представляющие объекты промысловой охоты, лекарственное сырье естественного происхождения); – ресурсы рекреационного хозяйства, заповедных территорий и др. В зависимости от возможности замены одних ресурсов другими, все виды природных ресурсов подразделяются на заменимые и незаменимые. Рациональное природопользование Человечество с древнейших времен использовало природу в хозяйственных целях (охота, собирательство, рыболовство). На протяжении всей истории происходило расширение связей в системе природа — человек. В сферу человеческой деятельности включались все новые виды природных ресурсов. Росла численность населения, увеличивались масштабы производства, происходило изменение естественной природной среды в результате человеческой деятельности. В настоящее время активная роль человека в использовании природы нашла свое отражение в природопользовании как особой сфере хозяйственной деятельности. Природопользование – совокупность мер, предпринимаемых обществом с целью изучения, охраны, освоения и преобразования окружающей среды. Рациональное природопользование – такой тип взаимоотношения человеческого общества с окружающей средой, при котором общество управляет своими отношениями с природой, предупреждает нежелательные последствия своей деятельности. Данное понятие предполагает интенсивное развитие экономики - «вглубь. Рациональное природопользование — это система природопользования, при которой: – достаточно полно используются добываемые природные ресурсы (и соответственно, уменьшается количество потребляемых ресурсов); – обеспечивается восстановление возобновимых природных ресурсов; – полно и многократно используются отходы производства (т. е. организовано безотходное производство), что позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды. Рациональное природопользование характерно для интенсивного хозяйства, то есть такого хозяйства, которое развивается на основе научно-технического прогресса и лучшей организации труда при высокой производительности труда. Основными признаками такого вида отношений являются: – интенсивное хозяйствование; – применение новейших научных достижений и разработок; – автоматизация всех производственных процессов; – внедрение технологий безотходного производства. Примеры рационального природопользования: – рациональное размещение «грязных» производств (металлургии, химической, целлюлозно-бумажной и др. отраслей); – строительство очистных сооружений; – разработка и применение новых экологически безопасных видов сырья; – применение технологий комплексного использования сырья; – разработка новых, экономически чистых видов топлива; – применение малоотходных технологий; – внедрение технологий безотходного производства (безотходное производство или безотходный цикл производства, в котором полностью используются отходы, в результате чего снижается расход сырья и сводится к минимуму загрязнение окружающей среды. Производство может использовать отходы, как собственного производственного процесса, так и отходы других производств; таким образом, в безотходный цикл может быть включено несколько предприятий одной или разных отраслей. Одним из видов безотходного производства (так называемого оборотного водоснабжения) – является многократное использование в технологическом процессе воды, взятой из рек, озер, буровых скважин и т. п.; использованная вода очищается и вновь участвует в производственном процессе); – применение технологий замкнутого водоснабжения промышленных предприятий; – переработка и повторное использование отходов производства и потребления; – охрана видов животных и растений; – рекультивация земель; – создание культурных ландшафтов, заповедников и национальных парков, заказников, особо охраняемых территорий и т. п. Поскольку возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы при активном и неограниченном использовании могут истощиться, то возникает необходимость формулировки принципов по рациональному природопользованию: 1) Планировка и прогноз. Рациональное природопользование подразумевает научный подход к анализу ситуации, связанной с природными ресурсами. Для этого организовываются комиссии, которые собирают данные и исследуют состояние ресурсов, и на основе полученных данных делают отчет, служащий для разрешения одного из типов управления: мягкого или жесткого. 2) Системный подход. Этот принцип подразумевает комплексную оценку того, как производство влияет на окружающую среду. Дело в том, что экологические системы взаимосвязаны, и поэтому при акцентированном внимании к одной области ресурсов есть риск истощить другие (например, повышение плодородия за счет активного орошения). 3) Оптимизация. Этот принцип основывается на том, что при сбережении ресурсов нужно обращать внимание и на экономическую отрасль региона. 4) Комплексное использование. Согласно этому принципу, промышленные предприятия лучше возводить в определенной области с учетом возможности использования многих ресурсов. Это делается для того, чтобы загрязнять меньшую территорию. 5) Внедрение эколого-экономических систем. Смысл этого принципа в том, чтобы разрабатывать и устанавливать такие системы, которые меньше загрязняют окружающую среду и вместе с этим потребляют меньше ресурсов. Самый популярный пример - ветряные электростанции. Они получили распространение в Западной Европе, но, тем не менее, они приносят вред человеку из-за вибрации, которую создают при работе. Поэтому строить их необходимо в нескольких километрах от населенных пунктов. Таким образом, можно сказать, что соблюдение этих принципов, с учетом современных экологических проблем, способно уменьшить вред, наносимый человеком, лишь частично. Раздел 4. Экозащитная техника и технологии Тема 4.1. Инженерные мероприятия по защите окружающей среды от загрязнения Инженерные мероприятия по защите атмосферы, направленные на снижение мощности промышленных выбросов 1. Переход на новые виды сырья. Поиск и применение топлива и сырья с меньшим содержанием вредных примесей. 2. Обогащение и другие виды предварительной подготовки используемого сырья. 3. Совершенствование технологических процессов. 4. Создание замкнутых производственных циклов. Защита поверхностных вод от загрязнения – развитие безводных технологий; – развитие систем оборотного водоснабжения; –очистка сточных вод. Методы очистки сточных вод Механические методы: В основе лежат процессы отстаивания (в отстойниках, песколовках), процеживания (в решетках), фильтрования (в фильтрах), центрифугирования (в гидроциклонах). Механическая очистка позволяет выделить из бытовых сточных вод до 60-75 % нерастворимых примесей (песок, глинистые частицы), а из промышленных до 95 %, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве. Физико-химические методы: коагуляция, флотация, ионный обмен, экстракция, адсорбция, электрохимические. При физико-химических методах очистки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворённые неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Чаще всего из физико-химических методов применяются коагуляция, адсорбция. Коагуляция – это процесс слипания частиц коллоидной системы. В очистке сточных вод коагуляцию применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей. Коагуляция происходит под влиянием добавляемых специальных веществ — коагулянтов. В качестве коагулянтов используют сульфат алюминия, сульфат и хлорид железа. Для глубокой очистки сточных вод от растворимых органических соединений используют метод адсорбции, эффективность которого колеблется от 80 до 95%. В качестве адсорбентов применяют торф, опилки, коксовую мелочь, золы, шлаки и другие малоценные вещества, которые обычно удаляются или сжигаются после одноразового использования. Если же загрязняющее вещество или адсорбент представляют определённую ценность, то адсорбент регенерируют. Самым эффективным, но и самым дорогим сорбентом, является активированный уголь. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты (тяжелые металлы) при относительно простой технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Основной недостаток – большой расход электроэнергии. Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от тяжелых металлов и от растворенных примесей (цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, сульфидов, меркаптанов). В процессах электрохимического окисления органические и ряд неорганических веществ, находящихся в сточной воде, полностью распадаются с образованием СО2, NH3 и воды или образуются более простые и нетоксичные вещества. Ионообменная очистка с применением синтетических ионообменных смол применяется для извлечения и утилизации из сточных вод тяжелых металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора и радиоактивных веществ. Биологические методы: Биологический (биохимический) метод основан на способности микроорганизмов использовать для своего питания многие органические (фенол, формальдегид, метанол и др.) и неорганические соединения из сточных вод (сероводород, аммиак, нитриты и т.д.). Используются различные типы биологических устройств: биофильтры, аэротенки, биологические пруды, поля орошения. Биологический метод используется при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод, сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности. Основные направления создания малоотходных и ресурсосберегающих технологий в различных отраслях промышленности Совершенствование технологического процесса включает в себя: 1. комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов; 2. снижение количества стадий при проведении технологических процессов, так как на каждой стадии переработки сырья происходит его потеря, и образуются отходы; 3. внедрение непрерывных процессов, позволяющее снижать расход сырья и тепла; 4. автоматизацию и компьютеризацию производственных процессов (это позволяет проводить процесс в узких рамках оптимальных технологических параметров, что, с одной стороны, сводит к минимуму потери сырья и топлива, а с другой – обеспечивает безопасность производства); 5. максимально возможную замену первичных материальных и энергетических ресурсов на вторичные. Тема 4.2. Способы очистки газопылевых выбросов в атмосферу Классификация методов очистки промышленных выбросов от пыли – Сухая механическая газоочистка – разделение газовых взвесей с использованием гравитационных или центробежных сил. – Мокрая газоочистка – промывка загрязненного газа жидкостью (чаще водой), позволяющая удалить взвешенные частицы. – Электрическая очистка выбросов – осаждение взвешенных в газе частиц в электрическом поле. – Фильтрация газа через пористые перегородки, задерживающие взвешенные в газе частицы. К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, использующие различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (инерционные пылеуловители) и центробежный (одиночные и батарейные циклоны). Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода. Классификация скрубберов (мокрых пылеуловителей): 1. полые скрубберы; 2. насадочные скрубберы; 3. тарельчатые (барботажно-пенные) скрубберы (газопромыватели); 4. мокрые аппараты центробежного действия; 5. скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Электрическая очистка выбросов. Основные элементы электрофильтра—коронирующие и осадительные электроды. Отрицательное напряжение обычно подводят к коронирующему электроду, а положительное — к осадительному. Процесс очистки газов в электрофильтре можно разделить на стадии: зарядка взвешенных частиц в поле коронного разряда, движение заряженных частиц к осадительным электродам, осаждение частиц на электродах, удаление осажденных частиц с поверхности осадительных электродов. По конструкции осадительных электродов электрофильтры подразде­ляются на пластинчатые и трубчатые. В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды выполняются в виде параллельных поверхностей, набираемых из пластин определенного сечения, а в трубчатых электрофильтрах осадительные электроды выполнены в виде труб круглого или шестигранного сечения. Фильтрация газа основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Наибольшее распространение имеют рукавные фильтры. Классификация методов очистки промышленных выбросов от токсичных газообразных примесей – абсорбционные методы (промывка выбросов растворителями, растворяющими примеси), – хемосорбционные (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), – адсорбционные (поглощение газообразных примесей твёрдыми пористыми материалами), – термические (высокотемпературное дожигание углеводородов, оксида углерода, выбросов лакокрасочного производства), – каталитические (токсичные компоненты газовоздушной смеси при участии катализатора превращаются в безвредные вещества). Абсорбционные методы. При физической абсорбции в качестве абсорбента используют воду. Вода обладает высокой эффективностью при удалении кислых растворимых газов, таких как НС1, HF, для улавливания NH3 подкисленной водой. Хемосорбционные методы. Газы с меньшей растворимостью, например SO2, Cl2 и H2S, оксиды азота легче абсорбируются не чистой водой, а щелочными растворами, в частности водными растворами соды Na2CO3, едкого натра NaOH, аммиака, суспензией гидроксида кальция в воде (извести). Адсорбцией называют процесс избирательного поглощения компонента газа пористой поверхностью твердого тела (адсорбента). Адсорбцию применяют для улавливания из выбросов сернистых соединений, углеводородов, паров органических растворителей и др. К достоинствам адсорбционной очистки относятся высокая степень очистки и возможность регенерации адсорбента, а к недостаткам - сложность технологических схем очистки. Основные требования к адсорбентам – высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, возможность легкой регенерации. Из практически используемых адсорбентов ведущее место принадлежит различным видам активированных углей. Хорошими адсорбентами являются так­же силикагели, алюмогели, цеолиты. Каталитическая очистка применяется при небольшой концентрации удаляемого компонента в очищаемом газе. Катализаторы должны обладать высокой активностью, развитой пористой структурой, стойкостью к каталитическим ядам, механической прочностью, селективностью. В качестве эффективных катализаторов приходится применять дорогостоящие вещества – платину, палладий; используют и более дешевые, но менее эффективные катализаторы – оксиды никеля, хрома, меди. Раздел 5. Основы экологического права и профессиональная ответственность Тема 5.1. Экологическое законодательство РФ Законодательство в области охраны окружающей среды, природопользования и экологической безопасности, правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности, определяет Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». Он регулирует отношения, возникающие в области охраны окружающей среды как основы жизни и деятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации, в целях обеспечения их прав на благоприятную окружающую среду, на всей территории Российской Федерации, на континентальном шельфе и в исключительной экономической зоне Российской Федерации. Основные природоохранные законы РФ: 1) природоохранительные законодательные акты: – Федеральный закон N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (2002 г.); – Федеральный закон N 174-ФЗ «Об экологической экспертизе» (1995 г.); – Федеральный закон N 33-ФЗ «Об особо охраняемых природных территориях» (1995 г.); – Федеральный закон N 113-ФЗ «О гидрометеорологической служ­бе» (1998 г.); – Федеральный закон N 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.); – Федеральный закон N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (1998 г.), – Федеральный закон N 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999 г.) и другие; 2) природоресурсные законодательные акты: – Федеральный закон N 52-ФЗ «О животном мире» (1995 г.); – Водный кодекс Российской Федерации N 74-ФЗ (2006 г.); – Лесной кодекс РФ N 200-ФЗ (2006 г.); – Земельный кодекс РФ (2001 г.); – Закон РФ N 2395-1 «О недрах» (1992 г.) и другие. Основные принципы охраны окружающей среды (ст. 3 ФЗ «Об охране окружающей среды»): • соблюдение права человека на благоприятную окружающую среду; • охрана, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов; • ответственность органов государственной власти РФ, органов государственной власти субъектов РФ, органов местного самоуправления за обеспечение благоприятной окружающей среды и экологической безопасности на соответствующих территориях; • платность природопользования и возмещение вреда окружающей среде; • презумпция экологической опасности планируемой хозяйственной и иной деятельности; • обязательность оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности; • приоритет сохранения естественных экологических систем, природных ландшафтов; • сохранение биологического разнообразия; • обеспечение снижения негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду на основе использования наилучших существующих технологий; • запрещение хозяйственной и иной деятельности, последствия воздействия которой непредсказуемы для окружающей среды, а также реализации проектов, которые могут привести к негативным изменениям окружающей среды; • соблюдение права каждого на получение достоверной информации о состоянии окружающей среды, а также участие граждан в принятии решений, касающихся их прав на благоприятную окружающую среду; • ответственность за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды; • организация и развитие системы экологического образования, воспитание и формирование экологической культуры. Объекты охраны окружающей среды: • земли, недра, почвы; • поверхностные и подземные воды; • леса и иная растительность, животные и другие организмы и их генетический фонд; • атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство. Структура Федерального закона «Об охране окружающей среды» Глава 1 «Общие положения», статьи № 1—4: основные понятия, основные принципы охраны окружающей среды, объекты охраны окружающей среды. Глава II «Основы управления в области охраны окружающей среды», статьи № 5—10: полномочия органов государственной власти РФ, субъектов РФ, органов местного самоуправления в сфере отношений, связанных с охраной окружающей среды; органы исполнительной власти, осуществляющие государственное управление в области охраны окружающей среды. Глава III «Права и обязанности граждан, общественных и иных некоммерческих объединений в области охраны окружающей среды» статьи № 11 — 15. Глава IV «Экономическое регулирование в области охраны окружающей среды», статьи № 14 -18. Глава V «Нормирование в области охраны окружающей среды», статьи № 19—31. К нормативам в области охраны окружающей среды относятся нормативы качества окружающей среды, нормативы допустимого воздействия на окружающую среду (допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов, образования отходов производства и потребления и лимиты их размещения, допустимых физических воздействий на окружающую среду, допустимого изъятия компонентов природной среды), нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду и иные нормативы в области охраны окружающей среды. Глава VI «Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза», статьи № 32, 33. Глава VII «Требования в области охраны окружающей среды при осуще­ствлении хозяйственной и иной деятельности», статьи № 34—56: требования в области охраны окружающей среды при проектировании и строительстве зданий, сооружений; при производстве и эксплуатации транспортных средств; при производстве, обращении и обезвреживании потенциально опасных химических веществ; при использовании радиоактивных веществ; при использовании химических веществ в сельском и лесном хозяйстве; при обращении с отходами производства и потребления; охрана озонового слоя атмосферы, охрана окружающей среды от негативного физического воздействия. Глава VIII «Зоны экологического бедствия, зоны чрезвычайных ситуаций», статья № 57: порядок установления зон экологического бедствия, зон чрезвычайных ситуаций. Глава IX «Природные объекты, находящиеся под особой охраной», статьи № 58—63: меры охраны природных объектов; правовой режим охраны природных объектов; охрана редких и находящихся под угрозой исчезновения растений, животных и других организмов; охрана зеленого фонда городских и сельских поселений; охрана редких и находящихся под угрозой исчезновения почв. Глава IX.1. Лесопарковые зеленые пояса. Глава X «Государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды)», статья № 63: организация государственного экологического мониторинга. Глава XI «Государственный экологический надзор. Производственный и общественный контроль в области охраны окружающей среды»: задачи контроля в области охраны окружающей среды; государственный надзор в области охраны окружающей среды; права, обязанности государственных инспекторов в области охраны окружающей среды; производственный экологический контроль; муниципальный экологический контроль и общественный экологический контроль (статьи № 67, 68); государственный учет объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду (статья № 69). Глава XII «Научные исследования в области охраны окружающей среды», статья № 70. Глава XIII «Основы формирования экологической культуры», статьи № 71—74: всеобщность и комплексность экологического образования; преподавание основ экологических знаний в образовательных учреждениях; подготовка руководителей организаций и специалистов в области охраны окружающей среды и экологической безопасности; экологическое просвещение. Глава XIV «Ответственность за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды и разрешение споров в области охраны окружающей среды», статьи № 75—80: виды ответственности за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды; обязательность полного возмещения вреда окружающей среде; возмещение вреда, причиненного здоровью и имуществу граждан в результате нарушения законодательства в области охраны окружающей среды; требования об ограничении, о приостановлении или прекращении деятельности лиц, осуществляемой с нарушением законодательства в области охраны окружающей среды. Глава XIV.1. Ликвидация накопленного вреда окружающей среде. Глава XV «Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды», статьи № 81, 82: принципы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды; международные договора РФ в области охраны окружающей среды. В ст. 1 Федерального закона № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» даны основные понятия для всех вопросов в сфере нормирования, государственного экологического мониторинга, экологического аудита, наилучших доступных технологий, экологического риска, экологической безопасности. Хозяйственная и иная деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц, оказывающая воздействие на окружающую среду, должна осуществляться на основе основных принципов охраны окружающей среды, сформулированных в ст. 3 Федерального закона № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». Тема 5.2. Виды ответственности за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды Ответственность за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды установлена ст. 75 Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». За нарушение законодательства в области охраны окружающей среды устанавливается имущественная, дисциплинарная, административная и уголовная ответственность Юридические и физические лица, причинившие вред окружающей среде в результате ее загрязнения, истощения, порчи, уничтожения, нерационального использования природных ресурсов, деградации и разрушения естественных экологических систем, природных комплексов и природных ландшафтов и иного нарушения законодательства в области охраны окружающей среды, обязаны возместить его в полном объеме. Подлежит возмещению и вред окружающей среде, причиненный юридическим лицом или индивидуальным предпринимателем, в том числе на проект которой имеется положительное заключение государственной экологической экспертизы, включая деятельность по изъятию компонентов природной среды, Вред окружающей среде возмещается в соответствии с утвержденными в установленном порядке таксами и методиками исчисления размера вреда окружающей среде, а при их отсутствии исходя из фактических затрат на восстановление нарушенного состояния окружающей среды, с учетом понесенных убытков, в том числе упущенной выгоды. Природоохранное законодательство Российской Федерации предусматри­вает четыре формы юридической ответственности за нарушение закона, в том числе и за экологические правонарушения: 1) уголовную; 2) административную; 3) имущественную (гражданско-материальную); 4) дисциплинарную. Наиболее серьезные противоправные действия, когда нарушение природоохранительного законодательства может быть рассмотрено по одной из статей Уголовного Кодекса страны либо как хозяйственное преступление, либо как преступление против любого вида собственности, либо общественной безо­пасности и здоровья населения, влекут за собой уголовную ответственность. В этом случае применяются следующие меры уголовной ответственности: лишение свободы на определенный срок, исправительные работы принудительного характера, крупные денежные штрафы, конфискация имущества. Административная ответственность применяется в тех случаях, когда на­рушения природоохранного законодательства характеризуются сравнительно малой степенью общественной опасности, а также когда правонарушения не­посредственно не влекут за собой тяжелых экологических последствий, одна­ко содержат угрозу их наступления. Меры административной ответственности — это предупреждение, штраф, конфискация орудий правонарушения и незаконно добытой продукции, лишение специального права на охоту и др. Правом применения этих мер наделены специальные комиссии при исполнительных органов власти, орга­ны внутренних дел, должностные лица контрольно-надзорных органов. Штрафные санкции наиболее четко и активно при­меняются за нарушение водного законодательства. В случае применения за экологические правонарушения гражданско-материальной ответственности действует механизм взыскания убытков с отдельных граждан и организаций, виновных в нарушении правовых требований охраны природы и причинивших своими неправомерными действиями имущественный вред государству, предприятиям, организациям или отдельным гражданам. Наиболее распространенной является дисциплинарная ответственность. Дисциплинарные взыскания — замечание, выговор, предупреждение, перевод на нижеоплачиваемую работу, увольнение со службы и т. п. — дают возможность быстрее, чем при других средствах воздей­ствия реагировать на нарушение трудовой, производственной и технологиче­ской дисциплины, связанные с невыполнением экологических требований.