Экология в современном мире. В 2 т. Т. I : Общая экология и экологические проблемы природопользования

ЭКОЛОГИЯ

В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

В двух томах

Под редакцией

Н. А. Черных, Р. А. Алиева

Москва

2022

ЭКОЛОГИЯ

В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

В двух томах

Под редакцией

профессора Н. А. Черных, доцента Р. А. Алиева

Том I

Общая экология и экологические 
проблемы природопользования

Московский государственный институт

международных отношений (Университет) МИД России

Кафедра международных комплексных проблем

природопользования и экологии

Центр устойчивого развития и ESG-трансформации МГИМО

УДК 574
ББК 28.088

Э40

Издание выпущено в свет при поддержке 
Программы стратегического академического лидерства 
«Приоритет – 2030»

Утверждено редакционно-издательским советом
МГИМО МИД России в качестве учебника

Р е ц е н з е н т ы :

директор Института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля 
член-корреспондент РАН, доктор биологических наук А. А. Романовская;

директор Всероссийского научно-исследовательского института

охраны окружающей среды («ВНИИ Экология») Минприроды России,
профессор Института экономики РАН И. В. Стариков

А в т о р с к и й  к о л л е к т и в :

канд. экон. наук А. А. Авраменко (гл. 1, гл. 3), канд. экон. наук Р. А. Алиев
(предисловие, общая редакция), канд. биол. наук Ю. И. Баева (гл. 4 в соавт.
с А. И. Никифоровым), канд. с.-х. наук А. И. Никифоров (гл. 2, гл. 4 в соавт.
с Ю. И. Баевой, гл. 5 в соавт. с Н. А. Черных), канд. геогр. наук Н. Е. Рязанова
(гл. 9—11), д-р биол. наук Н. А. Черных (гл. 5 в соавт. с А. И. Никифоровым,
гл. 6—8, общая редакция)

Э40

Экология в современном мире. В 2 т. Т. I: Общая экология и экологические проб
лемы природопользования. Учебник для студентов вузов / Под ред. Н. А. Черных, 
Р. А. Алиева. — М.: Издательство «Аспект Пресс», 2022. — 511 с.

ISBN 978-5-7567-1230-8

 
Первый том учебника посвящен основам общей экологии в контексте глобаль
ных изменений окружающей среды. Особое внимание уделено структуре, свойствам 
и функциям биосферы в современных условиях. Рассмотрены химические процессы, 
протекающие в биосфере, и основные биогеохимические циклы наиболее распространенных в окружающей среде элементов. Приведена комплексная характеристика 
литосферы, атмосферы, гидросферы и педосферы, а также обобщены имеющиеся 
сведения об экологических последствиях загрязнения этих сфер Земли. Представлен 
широкий спектр загрязняющих веществ и дан сравнительный анализ их миграционной и аккумулятивной способности.
 
Для студентов, аспирантов и преподавателей биологических, экологических, 
химических и сельскохозяйственных специальностей вузов, а также для специалистов в области экологии, природопользования и охраны окружающей среды.

УДК 574
ББК 28.088

 
© Коллектив авторов, 2022

ISBN 978-5-7567-1230-8 (print) 
© МГИМО МИД России, 2022

ISBN 978-5-7567-1231-5 (ePDF) 
© ООО Издательство «Аспект Пресс», 2022

Все учебники издательства «Аспект Пресс»

на сайте и в интернет-магазине https://aspectpress.ru

Оглавление

Предисловие   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Ч а с т ь  I

ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ

Глава 1. Аутэкология   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

1.1.  Системность механизмов согласования жизнедеятельности 

живых организмов со средой обитания   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

1.2. Система экологических факторов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
1.3.  Закономерности действия экологических факторов на живые 
организмы и адаптации организмов к факторам среды . . . . . . . . . . . . . .36

1.4.  Роль среды обитания в формировании облика живых организмов . . . .43

Глава 2. Демэкология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

2.1.  Популяция как важнейшая экологическая единица. 

Взаимоотношения организмов в популяциях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

2.2. Структура и размер популяций   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
2.3. Закономерности популяционной динамики  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
2.4. Взаимодействие популяций   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

Глава 3. Экология сообществ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

3.1.  Экологическая ниша — интегральная характеристика 

живого организма в сообществе   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

3.2.  Комплексность факторов, влияющих на формирование 

экологических ниш  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

3.3. Компоненты и структура биоценоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
3.4.  Некоторые методы исследования биогеоценозов и использование 
результатов данных исследований в практических целях . . . . . . . . . . .103

Глава 4. Экосистемы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

4.1. Экосистема и ее основные компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
4.2.  Закономерности трофических взаимодействий в экосистеме   . . . . . . .120
4.3. Основные типы экосистем   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
4.4. Динамика экосистем   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

Оглавление
6

4.5. Сохранение естественных экосистем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147

Понятие об особо охраняемых природных территориях . . . . . . . . . . . .147
ООПТ в Российской Федерации   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Международный опыт создания и использования ООПТ 
на урбанизированных территориях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

Глава 5. Биосфера   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171

5.1. Понятие биосферы, ее структура и границы   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
5.2. Живое вещество биосферы: свойства и функции . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
5.3. Энергетические потоки в биосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188
5.4. Возникновение и эволюция биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
5.5. Человек и биосфера — проблемы взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . .201

Ч а с т ь  II

ХИМИЯ БИОСФЕРЫ

Глава 6. Состав и уровни содержания химических элементов в основных

компонентах биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

6.1. Атмосфера   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

Строение и химический состав атмосферы   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213
Основные химические процессы, протекающие в атмосфере . . . . . . . .217

6.2. Литосфера   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219

Строение и химический состав Земли  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219
Накопление и распределение химических элементов в земной коре . . .223
Выветривание горных пород и минералов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230
Добыча природных ресурсов как фактор перераспределения
химических элементов в природных средах   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233

6.3. Гидросфера   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235

Общие сведения о гидросфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235
Химический состав и свойства природных вод   . . . . . . . . . . . . . . . . . . .238
Жесткость воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251
Химия континентальных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255
Химия океанических вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260

6.4. Почвенный покров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263

Химический состав и свойства почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264
Кларки элементов в почвах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273

6.5. Живые организмы   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .275

Химические элементы в живых организмах:
состав и уровни содержания   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .275
Функции химических элементов в организме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278
Общие аспекты токсичности металлов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
Химия окружающей среды и здоровье человека   . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285

Оглавление
7

Глава 7. Миграционные потоки вещества в биосфере  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .297

7.1. Закономерности миграции химических элементов
в природных средах   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .297
Виды миграции химических элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .298
7.2. Циклы биогенных элементов в биосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .305

Круговорот углерода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307
Круговорот кислорода  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310
Круговорот азота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
Круговорот водорода   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
Круговорот фосфора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
Круговорот серы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316

Глава 8. Химия окружающей среды в условиях техногенеза   . . . . . . . . . . . . . . . . . .319

8.1. Виды загрязнений окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319
8.2. Краткая характеристика и классификация загрязняющих
веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321

Тяжелые металлы   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
Нефть и нефтепродукты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344
Углеводороды, входящие в состав нефти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .345
Токсичные органические вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358

Ч а с т ь  III

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Глава 9. Экологические проблемы загрязнения атмосферы   . . . . . . . . . . . . . . . . . .379

9.1. Изменение состава атмосферного воздуха под действием
антропогенных факторов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .379

Классификация загрязнителей атмосферного воздуха . . . . . . . . . . . . .379
Химические воздействия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .382
Биологические воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .383
9.2.  Экологические последствия загрязнения атмосферы   . . . . . . . . . . . . . .384
Парниковый эффект  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .384
Разрушение озонового слоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388
Концепции разрушения озона в атмосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .389
Кислотные дожди . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .391
Запыление атмосферы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .394
Смог  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .395
9.3. Нормирование и снижение загрязнений атмосферы . . . . . . . . . . . . . . .397
9.4. Государственный мониторинг состояния атмосферного воздуха   . . . .398
9.5. Охрана атмосферного воздуха  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .401

Оглавление
8

Глава 10. Экологические проблемы загрязнения гидросферы . . . . . . . . . . . . . . . . .405

10.1. Свойства гидросферы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .405
10.2. Экосистемные функции гидросферы   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .409

Физические функции воды как жизненного пространства   . . . . . . . .409
Химические и биохимические функции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .409
Скорость протекания биохимических и других процессов  . . . . . . . . .410
Физико-химические экологические функции водной среды . . . . . . . . .411

10.3.  Природные и антропогенные загрязнения гидросферы  . . . . . . . . . . .412

Общая характеристика физических загрязнителей . . . . . . . . . . . . . .414
Частные характеристики некоторых
физических загрязнителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .415
Общая характеристика химических загрязнителей  . . . . . . . . . . . . .416
Общая характеристика биологических загрязнителей   . . . . . . . . . . .419
Частные характеристики некоторых
биологических загрязнителей   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420

10.4. Экологическое состояние водоемов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .421
10.5.  Специфические виды загрязнения гидросферы 
и их экологические последствия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .424

Общий анализ причин дестабилизации 
гидроэкологической ситуации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .424
Закисление водоемов (ацидификация)   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .424
Эвтрофикация водоемов   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429
Изменение структуры водообмена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .431
Неравномерность распределения пресноводных объектов
по территории суши . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .433
Последствия создания плотин и водохранилищ . . . . . . . . . . . . . . . . . .439

10.6.  Рациональное использование водных объектов   . . . . . . . . . . . . . . . . . .442
10.7.  Нормирование и снижение загрязнений гидросферы . . . . . . . . . . . . .448

Глава 11. Экологические проблемы загрязнения почв  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
11.1. Факторы почвообразования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
11.2. Экосистемные функции почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .458

Биогеоценотические функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .459
Глобальные функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .473
Экологические группы почв   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .478

11.3. Деградация и загрязнение земель   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .479

Антропогенные загрязнения и изменения почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . .480
Эрозия и борьба с ней   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .493

11.4. Оценка и мониторинг земель  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .496
11.5. Нормирование и снижение загрязнений почв  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .499

Предисловие

В соответствии с мировыми тенденциями устойчивого развития общества

в настоящее время на первый план выходят проблемы обеспечения экологической безопасности человека — состояния защищенности природной среды
и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия антропогенной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также их последствий. В современном мире общепризнан тот факт, что экологическая безопасность любого государства является
важнейшей составной частью его национальной безопасности. Это обусловлено в первую очередь низкой эффективностью управления природными ресурсами в мире, приводящей, с одной стороны, к истощению их запасов, а с другой — к накоплению и рассеиванию большого количества вредных веществ
и токсичных отходов в окружающей среде, что создает угрозу существования
самого человечества.

Процесс минимизации техногенного влияния на окружающую среду 
и переход на чистые технологии уже не тренд, а неизбежная реальность. Проявление явных признаков глобального экологического кризиса, связанных 
главным образом с изменением климата, и, как следствие, быстро нарастающая острота экономических и социально-политических вопросов приводят
сегодня к необходимости пересмотра как принципов традиционного природопользования, так и отношения каждого человека к окружающей среде.
В международной экологической повестке на первый план выходят исследования, направленные на достижение целей устойчивого развития в весьма
сложных климатических реалиях. Объективная оценка имеющихся негативных тенденций и разработка системы противодействия их дальнейшему 
развитию становятся возможными лишь при условии получения экономически активными гражданами необходимого багажа актуальных экологических знаний.

Экология как научная дисциплина занимается изучением сложного ком
плекса разнообразных взаимодействий живых организмов между собой
и с окружающей средой. Современная экология — это быстроразвивающаяся
наука, синтезирующая в себе знания естественных и гуманитарных наук о природе и о направлениях и механизмах взаимодействия природы с обществом.
На данном этапе развития экология характеризуется широким спектром задач,

Предисловие
10

собственной теорией и методологией. Большое разнообразие экологических 
проблем обусловлено, прежде всего, тем, что объекты изучения имеют весьма
разные уровни организации: от целой биосферы и крупных экосистем до 
отдельных популяций. Масштабы пространства и времени, в которых происходят изменения состояния исследуемых объектов, также изменяются в чрезвычайно широких пределах: от тысяч километров до микро- и нанометров, от
тысячелетий до суток и секунд.

Человек, сам являясь частью биосферы Земли, своей деятельностью ока
зывает существенное влияние на природные системы, вызывая в них самые
разнообразные изменения.

Область интересов экологии как науки затрагивает в настоящее время пра
ктически все сферы деятельности человека, так как он постоянно вмешивается
в естественное течение природных процессов на планете. К сожалению, чаще 
всего это вмешательство носит разрушительный характер, поскольку в течение многих веков экономическая деятельность человеческого общества ориентировалась преимущественно на конечный материальный результат (объем
произведенной или добытой продукции), игнорируя при этом «побочные»
экологические эффекты в виде необратимой деградации природной среды 
и истощения ресурсов. Природная среда в рамках подобного отношения воспринималась в виде некоего бесконечного источника ресурсов и универсального поглотителя отходов.

Начало ХХI в. ознаменовалось для человечества не только небывалыми
темпами экономического и демографического роста, но и обилием самых разнообразных перемен, происходящих в жизни каждого человека вне зависимости от места его проживания. Перемены эти в основном были вызваны все более явными признаками приближения глобального экологического кризиса.
Если ранее на Земле было достаточно «диких», практически ненарушенных 
участков, где влияние человека не ощущалось (либо сказывалось минимально), то сегодня на планете практически не осталось ни одного места, которое
в той или иной мере не было бы затронуто человеческой деятельностью.

Напротив, все большее количество территорий становится непригодным

для нормальной жизни человека ввиду отсутствия воды, разнообразного загрязнения, опустынивания; повсеместно истощаются запасы биологических 
ресурсов и полезных ископаемых; перенаселение и безработица порождают 
голод, нищету и болезни.

Нарастание негативных тенденций заставляет сегодня пересматривать
не только принципы традиционного природопользования, речь сейчас идет
в первую очередь о коренном изменении отношения каждого человека к окружающей среде, к вопросам рационального использования ресурсов, а также 
к проблемам приемлемых темпов экономического роста и социальных преобразований. Глобальный характер экологических изменений на планете фактически подводит человечество к новому рубежу своего развития — формированию экологического самосознания, основанного прежде всего на чувстве