Уровни организации живой материи, как объекты изучения естественных наук

Организмы, способные выдержать широкие колебания изменений факторов среды – это эврибионгы. Организмы, обитающие в строго определенных экологических условиях – это стенобионты. Деление всех живых организмов на эврибионтов и стенобионтов относительно, так как на каждый из них действует не отдельно взятый, а весь комплекс факторов, связанных между собой.

Закон минимума Либиха (1840). Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей – закон минимума. Формулировка закона минимума: относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем больше он находится, по сравнению с другими факторами, в минимуме.

Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других. Сочетание с разными факторами оказывает заметное влияние на проявление оптимума в свойствах организма и на пределах их существования. Действие одного фактора не заменяется действием другого. Однако при комплексном воздействии среды часто можно видеть «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов.

В комплексном действии среды факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Ведущие факторы различны для разных организмов, если даже они живут в одном месте. В роли ведущего фактора на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, в жизни многих культурных растений, таких, как злаки, в период прорастания ведущим фактором является температура, в период колошения и цветения — почвенная влага, в период созревания — количество питательных веществ и влажность воздуха. Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим, или лимитирующим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. В роли ограничивающего фактора могут выступать как ведущие, так и фоновые экологические факторы.

Понятие о лимитирующих фактоpax было введено в 1840 г. химиком Ю. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип:«Веществом,находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием правила, или закона минимума, Либиха. В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют разную высоту (рис. 3.3).

Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски — лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.

Рис. 3.3. «Бочка Либиха»

 

Поясним закон минимума Либиха на конкретных примерах. В почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например бора или цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще невозможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество бора (цинка), это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любые другие химические соединения (например, азот, фосфор, калий) и даже добьемся того, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а бор (цинк) будет отсутствовать, это не даст никакого эффекта.

Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника и паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и животным.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как, например, тепло, свет и вода. Как уже было отмечено ранее, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазоны между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, выносливости или толерантности. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд (1913), сформулировавший закон толерантности.

     Рис. 3.4. Влияние загрязняющего атмосферный воздух

                   вещества на организм человека

 

В фактора обозначена символом С (первая буква латинского слова «концентрация»). В других же случаях при поступлении вещества в организм можно говорить не о концентрации, а о дозе вещества (фактора). При значениях концентрации Слет и С'лет человек погибнет, но необратимые изменения в его организме произойдут при значительно меньших значениях: Слим и С'лим. Следовательно, истинный диапазон толерантности определяется именно последними значениями. Отсюда, их необходимо экспериментально, в опытах на животных, определить для каждого загрязняющего или любого вредного химического соединения и не допускать превышения его содержания в конкретной среде. В санитарной охране окружающей среды важны не нижние пределы устойчивости к вредным веществам, а верхние пределы, так как загрязнение окружающей среды — это и есть превышение устойчивости организма. Ставится задача или условие: фактическая концентрация загрязняющего вещества Сфакт не должна превышать Слим или:

Сфакт £ Слим

Таким образом, Слим одновременно является пороговой концентрацией Спор и максимально допустимой Смах для организма человека. В санитарной охране окружающей среды Слим имеет смысл предельно допустимой концентрации — Спдк (или просто ПДК).

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она дает экологу отправную точку при исследовании сложных ситуаций. Изучая конкретную ситуацию, эколог может выделить слабые звенья и сфокусировать внимание на тех условиях среды, которые с наибольшей вероятностью могут оказаться критическими или лимитирующими

 

 

86) Нормирование качества природной среды. Производственно-хозяйственные нормативы.

Определяющее значение для контроля и управления качеством окружающей среды имеют гигиенические нормативы, направленные в первую очередь на профилактику неблагоприятного воздействия загрязняющих веществ на здоровье человека.

Санитарно-гигиенические нормативы — это устанавливаемые в законодательном порядке, обязательные для исполнения всеми ведомствами, органами и организациями допустимые уровни содержания химических и других соединений в объектах окружающей среды.

Норматив качества окружающей среды носит конкретный характер и основан на определенных признаках. К ним относятся:

— объект защиты, например, древесные растения, технологическое оборудование,человек и т. д.;

— среда, в которой нормируется и контролируется содержание вещества (воздух, вода, почва, биосубстраты человека (кровь, моча, волосы и т. д.);

— критерий вредности (появление заболеваний в разных формах у человека, включая потомство; снижение продуктивности, пищевой ценности растений; выход из строя технологического оборудования и т. д.);

— регламентируемая временная характеристика (воздействие в течение всей жизни человека, в течение его рабочего стажа, в короткий промежуток времени, например, в аварийных ситуациях);

— последствия или «цена» норматива, к которым может привести отсутствие или превышение допустимого уровня

 

Рис. 21.10. Схема гигиенического нормирования содержания химических веществ в объектах окружающей среды (по В.Ф. Протасову, А.В. Молчанову, 1995)

Однако до настоящего времени гигиенические ПДК являются основным критерием качества окружающей среды и используются для оценки опасности экологической обстановки, расчета предельно допустимых выбросов и сбросов (ПДВ и ПДС), установления связи загрязнения окружающей среды с риском развития нарушения здоровья населения.

Гигиенические нормативы в связи со специфичностью и изменчивостью физико-химических свойств атмосферного воздуха, воды, почвы, пищевых продуктов растительного и животного происхождения, а также особенностями их воздействия на организм устанавливаются отдельно для каждого объекта или используется принцип разделения объектов санитарной охраны. Воздействие химических соединений может быть не только прямым, но и косвенным, например вследствие отказа населения от контролируемого водоисточника, ограничения водопользования и т. д. Следовательно, при нормировании химических соединений в тех или иных объектах должны учитываться различные виды неблагоприятных воздействий: влияние на органолептические показатели (внешний вид, запах, привкус и др.), рефлекторное действие, влияние на общесанитарные показатели (изменение численности сапрофитной микрофлоры, ее состав и др.), возможность миграции из одной среды в другую (переход вещества или его метаболита из почвы в воду, воздух, растения), санитарно-бытовой (изменение прозрачности атмосферы, бытовых условий проживания и т. д.), санитарно-токсикологический.

В реальных же условиях человек подвергается не изолированному воздействию какого-либо вещества, а сложному многофакторному воздействию. Отсюда необходимость учета всего многообразия воздействий отражена в принципе комплексного гигиенического нормирования. Особенности комбинированного действия в настоящее время учитываются при гигиеническом нормировании вредных веществ во всех средах.

Экологическая аттестация и паспортизация

Экологическая аттестация и паспортизация служат для документального описания эколого-экономических характеристик объектов природоохранной деятельности: территорий, территориально-производственных комплексов и хозяйственных объектов. Для этих целей разработаны формы экологического паспорта предприятия (производственного объединения), территории и методики проведения экологической паспортизации.

Экологический паспорт предприятия разрабатывается для учета всех видов техногенных воздействий на окружающую среду и сравнительного анализа вклада различных производственных процессов в общую природоемкость. Он содержит нормативно-справочную, фактографическую и отчетную информацию о природоемкости производства.

В экологический паспорт вносится, периодически корректируется и обновляется информация об исходных данных для расчета материально-энергетических балансов, нормативы ресурсопотребления, производственных циклов. Важными разделами паспорта являются результаты инвентаризации отходов производства, где дается описание условий образования и характеристики всех источников газовых выбросов, сточных вод, твердых и жидких отходов, приводятся сведения о текущей экономике предприятия, о планируемых и фактических затратах на мероприятия по достижению нормативных ПДВ и ПДС, а также и о других природоохранных мерах.

Паспорт дает возможность осуществить экологическую аттестацию того или иного хозяйственного объекта по признакам его соответствия требованиям предельно допустимой техногенной нагрузки и экологической техноемкости территории.

Экологический паспорт территории составляется с целью информационного обеспечения широкого круга пользователей информацией для решения научных, организационных и практических задач, которые направлены на рациональное природопользование. Дается систематизированная сводка данных о современном состоянии природных комплексов территории и воздействующих на них антропогенных факторов. Данный паспорт рассчитан на территорию административного района, но может использоваться и для других территориальных образований. В качестве примера приведем экологический паспорт территории, разработанный в 1990 г. НИИ охраны природы и заповедного дела, предусматривающий документальную фиксацию более 2,5 тыс. различных показателей по основным разделам:

— общие сведения (административное деление, население территории, землеустройство);

— природные условия (географическая характеристика, геологическое строение, климат, поверхностные и подземные воды, почвы, растительный покров и животный мир);

— хозяйственная структура (специализация хозяйства, промышленность, энергетика и теплоснабжение, горнодобывающая промышленность, транспорт и пути сообщения, водное хозяйство, коммунальное хозяйство, сельское хозяйство, лесное хозяйство, охотничье хозяйство, рыбное хозяйство);

— загрязнение природной среды (загрязнение атмосферного воздуха, почв, природных вод, сельхозпродукции, заболеваемость населения, животных и растений в результате загрязнения природной среды);

— охрана природных комплексов (охраняемые природные территории, генофонд, зоны рекреации).

К паспорту прилагается атлас тематических карт и составляется общая экологическая карта территории. В конце документа дается заключение об экологической ситуации, что фактически является экологической аттестацией территории.

Экологическая экспертиза

При осуществлении мероприятий, связанных с воздействием на окружающую среду, природные экосистемы, здоровье людей, необходимо заранее, на уровне предпроектной или проектной документации исключить возможные отрицательные, негативные последствия путем проведения экологической экспертизы. Под экологической экспертизой следует понимать систему комплексной оценки всех возможных экологических и социально-экономических последствий осуществления проектов, функционирования народнохозяйственных объектов, принятия решений, направленных на предотвращение их отрицательного влияния на окружающую среду и на решение намеченных задач с наименьшей затратой ресурсов и минимальными последствиями.

Объектами экологической экспертизы являются:

— все виды предплановой и предпроектной документации по развитию и размещению производственных сил страны и отраслей хозяйства всех субъектов федерации;

— технико-экономические расчеты (обоснования), проекты строительства, реконструкции, расширения, технического перевооружения и ликвидации хозяйственных объектов и комплексов;

—документация по созданию новой техники, технологии, материалов и веществ;

— проекты нормативно-правовой, инструктивно-методической и нормативно-технической документации, регламентирующей природопользование при ведении хозяйственной деятельности;

— материалы, характеризующие экологическую ситуацию в регионе, которая формируется под воздействием различных видов текущей хозяйственной деятельности.

Цель экологической экспертизы:

— обеспечение научно обоснованного определения соответствия проектных решений современным экологическим требованиям перед их утверждением в компетентных государственных органах;