Степановских Анатолий Сергеевич

ЭКОЛОГИЯ

Рекомендовано Министерством образования

Российской Федерации в качестве учебника

для студентов высших учебных заведений

Москва» 2001

УДК 574(075.8)

ББК 28.081

С 79

Рекомендовано Учебно-методическим центром «Профессиональный учебник» в качестве учебника для студентов высших учебных заведений

Рецензенты:

д-р с.-х. наук, проф.. Засл. деятель науки РФ А.Г. Таскаева

(Челябинский агроинженерный университет);

д-р биол. наук, проф. T.В. Теплякова

(Сибирский университет потребительской кооперации);

д-р с.-х. наук, проф., Засл. деятель науки РФ В.А. Чулкина

(Новосибирский аграрный университет)

Главный редактор издательства Н.Д. Эриашвили

Степановских А.С.

С 79 Экология: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.

ISBN 5-238-00284-Х

В учебнике излагаются главные положения современной экологии, строение биосферы, роль живого вещества в биосфере, рассматриваются основные среды жизни и адаптации к ним организмов, экологии популяций, сообществ и экосистем, дается концепция ноосферы, освещаются вопросы антропогенного воздействия на природу в целом и на отдельные компоненты — воздух, воду, растительный и животный мир, значительное внимание уделено воздействию сельскохозяйственной деятельности человека на природу, путям решения экологических проблем, экологической регламентации хозяйственной деятельности.

Для студентов вузов, а также всех, интересующихся экологией.

ББК 28.081

ISBN 5-238-00284-Х

© А.С. Степановских, 2001

© 000 "ИЗДАТЕЛЬСТВО ЮНИТИ-ДАНА", 2001

Воспроизведение всей книги или любой ее части

запрещается без письменного разрешения

издательства

Степановских Анатолий Сергеевич

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Международной академии аграрного образования и Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, проректор по научной работе и заведующий кафедрой экологии и защиты растений Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева.

А.С. Степановских — видный ученый в области сельскохозяйственной науки и образования. Его научные интересы связаны с экологией и защитой растений. Автор 150 научных и методических работ общим объемом более 350 печатных листов, в том числе 2 монографий, 15 книг и брошюр, 30 учебников и учебных пособий для студентов вузов.

Международной академией наук экологии и безопасности жизнедеятельности за вклад в экологию А.С. Степановских удостоен медали М.В. Ломоносова.

CОДЕРЖАНИЕ

Предисловие 7

1. Введение. Предмет экологии 8

1.1. Краткая история экологии 8

1.2. Содержание, предмет и задачи экологии 23

1.3. Взаимосвязь экологии с другими биологическими науками. Подразделения экологии 25

1.4. Методы экологических исследований 28

2. Биосфера: определение и структура. Живое вещество 31

2.1. Определение и структура биосферы 31

2.2. Живое вещество биосферы 37

2.3. Законы биогенной миграции атомов и необратимости эволюции, законы экологии Б. Коммонера 42

3. Факторы среды и общие закономерности их действия на организмы 44

3.1. Среда и условия существования организмов 44

3.2. Совместное действие экологических факторов 49

4. Важнейшие абиотические факторы и адаптации к ним организмов 52

4.1. Излучение: свет 53

4.2. Температура 62

4.3. Влажность 78

4.4. Совместное действие температуры и влажности 89

4.5. Атмосфера 92

4.6. Топография 94

4.7. Прочие физические факторы 97

5. Основные среды жизни 108

5.1. Водная среда жизни 109

5.2. Наземно-воздушная среда жизни 132

5.3. Почва как среда жизни 158

5.4. Живые организмы как среда жизни 177

6. Биотические факторы 190

6.1. Гомотипические и 190

гетеротипические реакции 190

6.2. Зоогенные факторы 192

6.3. Фитогенные факторы 201

6.4. Антропогенные факторы 211

7. Биологические ритмы 214

7.1. Внешние ритмы 215

7.2. Внутренние, физиологические, ритмы 216

7.3. Биологические часы 224

7.4. Фотопериодизм 226

8. Жизненные формы организмов 231

8.1. Понятие «жизненная форма» организма 231

8.2. Жизненные формы растений 233

8.3. Жизненные формы животных 240

9. Структура и динамика популяций 246

9.1. Понятие о популяции 246

9.2. Пространственные подразделения популяций 247

9.3. Численность и плотность популяций 249

9.4. Рождаемость и смертность 251

9.5. Возрастная структура популяции 253

9.6. Половой состав популяции 259

9.7. Генетические процессы в популяциях 260

9.8. Рост популяций и кривые роста 264

10. Внутривидовые и межвидовые взаимоотношения в популяциях, гомеостаз и экологические стратегии 266

10.1. Внутривидовые взаимоотношения 267

10.2. Межвидовые взаимоотношения 281

10.3. Колебания численности и гомеостаз популяций 283

10.4. Экологические стратегии популяций 287

11. Биоценозы 289

11.1. Понятие о биоценозе 289

11.2. Видовая структура биоценоза 291

11.3. Пространственная структура биоценоза 296

11.4. Отношения организмов в биоценозах 301

11.5. Экологические ниши 304

11.6. Экологическая структура биоценоза 311

11.7. Пограничный эффект 313

12. Экосистемы 316

12.1. Понятие об экосистемах 316

12.2. Классификация экосистем 317

12.3. Зональность макроэкосистем 318

12.4. Структура экосистем 323

12.5. Солнце как источник энергии 326

12.6. Круговороты веществ 328

12.7. Поток энергии в экосистемах 348

12.8. Продуктивность экосистем 363

12.9. Динамика экосистем 367

12.10. Биосфера как глобальная экосистема 377

12.11. Деятельность человека и эволюция биосферы 382

12.12. Развитие биосферы в ноосферу — сферу разума 391

13. Антропогенные воздействия на природу 396

13.1. Понятие природы, природных ресурсов 396

13.2. Рост народонаселения 398

13.3. Антропогенный материальный баланс 400

13.4. Антропогенные воздействия на 407

потоки энергии и круговороты веществ 407

13.5. Классификация антропогенных воздействий 417

13.6. Экологические кризисы 420

и экологические катастрофы 420

13.7. Понятие загрязнения окружающей 423

среды. Виды загрязнителей 423

13.8. Основные источники загрязнения 425

окружающей среды 425

13.9. Техногенные аварии и природные 433

катастрофы 433

13.10. Экологическая ситуация 436

14. Антропогенные воздействия на атмосферный воздух 441

14.1. Структура и состав атмосферы 441

14.2. Источники и состав загрязнения 445

атмосферного воздуха 445

14.3. Физические и экологические 447

последствия загрязнения атмосферы 447

14.4. Меры по предотвращению 454

загрязнений атмосферного воздуха 454

15. Антропогенные воздействия на гидросферу 458

15.1. Основные сведения о гидросфере 458

15.2. Роль воды в природе и жизни человека 461

15.3. Запасы пресной воды 464

15.4. Использование водных ресурсов 465

15.5. Источники загрязнения воды 467

15.6. Меры по очистке и охране вод 473

16. Антропогенные воздействия на растительность 479

16.1. Значение растений в природе и жизни человека 479

16.2. Воздействие человека на 484

растительность 484

16.3. Лес — важнейший растительный ресурс 485

16.4. Лес и деятельность человека 489

16.5. Лес и туризм 492

16.6. Меры по охране растительности 493

16.7. Охрана хозяйственно-ценных 495

и редких видов растений 495

17. Антропогенные воздействия на животных 496

17.1. Значение животных в биосфере и жизни человека 496

17.2. Воздействия человека на животных, причины их вымирания 502

17.3. Меры по охране животных 507

18. Воздействие сельскохозяйственной деятельности человека на природу 515

18.1. Сельское хозяйство как источник продовольственных ресурсов 515

18.2. Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на экологическое равновесие в природе 520

18.3. Энергопотребление, функционирование и биопродуктивность агроэкосистем 523

18.4. Отношения организмов в агроэкосистемах 531

18.5. Ландшафтная организация агроэкосистем 533

18.6. Роль отдельных компонентов в агроэкосистемах 539

18.7. Экологические аспекты 548

интенсификации земледелия 548

18.8. Проблема охраны земельных ресурсов 563

18.9. Альтернативное земледелие 569

18.10. Рекультивация земель 572

18.11. Естественные луга и пастбища в агроэкосистемах 574

19. Загрязнение окружающей природной среды и здоровье населения 580

19.1. Среда жизни человека 580

19.2. Потребности человека 583

19.3. Понятие «здоровье человека» 586

19.4. Влияние состояния окружающей среды на здоровье людей 589

19.5. Экологический риск 596

20. Пути решения экологических проблем 598

20.1. Законы взаимоотношений человек—природа 598

20.2. Пути решения экологических проблем 604

20.3. Международное сотрудничество 618

20.4. Экологическое воспитание и просвещение 620

21. Экологическая регламентация хозяйственнойдеятельности 622

21.1. Экологический прогноз и прогнозирование 622

21.2. Моделирование природных процессов в решении экологических проблем 626

21.3. Экологический мониторинг 631

21.4. Оценка качества окружающей среды 634

21.5. Нормирование загрязняющих веществ в окружающей среде 638

21.6. Экологическая аттестация и паспортизация 640

21.7. Экологическая экспертиза 641

Термины и понятия 644

Литература 656

Предисловие

Специалист в любой сфере деятельности должен обладать экологическими знаниями, понимать сущность современных проблем взаимодействия общества и природы, разбираться в причинной обусловленности возможных негативных воздействий хозяйственной деятельности на окружающую природную среду, уметь квалифицированно оценить характер, направленность и последствия влияния конкретной деятельности человека на природу, увязывая решение производственных задач с соблюдением соответствующих природоохранных требований, вырабатывать и осуществлять научно обоснованные решения экологических проблем. Отсюда велика роль подготовки экологических кадров, экологического образования и воспитания населения страны.

В предлагаемом учебнике излагаются основные положения современной экологии, строение биосферы, роль живого вещества в биосфере, рассматриваются основные среды жизни и адаптации к ним организмов, экологии популяций, сообществ и экосистем, дается концепция ноосферы, освещаются вопросы антропогенного воздействия на природу в целом и на отдельные компоненты, такие, как воздух, вода, растительный и животный мир. Значительное внимание уделено воздействию сельскохозяйственной деятельности человека на природу, путям решения экологических проблем, экологической регламентации хозяйственной деятельности.

При подготовке учебника широко использованы материалы учебников и учебных пособий по экологии, охране окружающей среды, природопользованию отечественных и зарубежных авторов. Всем им выражается глубокая признательность и благодарность.