Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания. Среда – это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания /11/.
Физическая окружающая среда рассматривается в качестве составляющей здоровья, поскольку она не только оказывает прямое влияние на здоровье и безопасность, но и имеет большое значение для обеспечения устойчивого развития общества.
Экологический фактор – это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм, хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные. Биотические факторы – это все возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ. Абиотические – это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы и т.д.). Антропогенные – это факторы, связанные с воздействием человека на природную среду.
Согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические факторы. К первичным относят температуру, изменения положения Земли по отношению к Солнцу, благодаря которым в эволюции возникла суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. Вторичные периодические факторы являются производными первичных, например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты воздух содержит меньше водяных паров, непериодические факторы действуют на организм или популяцию внезапно, эпизодически. К ним относят стихийные силы природы: извержения вулканов, ураганы, удары молний, наводнения и др. /11/.
Среда обитания человека представляет собой сложное переплетение взаимодействующих естественных и антропогенных факторов. В этих условиях необходим единый интегральный критерий качества среды, по которому можно было бы определить ее пригодность для обитания человека. Согласно уставу Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), с 1968 года таким критерием служит состояние здоровья населения.
Здоровье человека (индивида) – процесс сохранения и развития его психофизиологических функций, оптимальной работоспособности и социальной активности при максимальной продолжительности активной жизни. Здоровье популяции – процесс сохранения и развития биологической и психосоциальной жизнеспособности населения, проживающего на определенной территории, в ряду поколений.
Чистый атмосферный воздух является непреложным условием для здоровой жизни. Многие важнейшие виды деятельности человека, связанные с социально-экономическим развитием, приводят к загрязнению воздушного бассейна среды обитания большинства населения. Чистую воду и доброкачественные продукты питания можно купить. Чистый воздух купить нельзя!
В последние десятилетия изменение основной группы демографических показателей (рождаемость, смертность, заболеваемость, миграции (социальные и территориальные), количество браков, разводов и др.) указывают на нарастающее неблагополучие во всех сферах жизни населения на земном шаре и на нарастающие признаки экологического кризиса. В настоящих условиях сохранение биологической и психофизиологической жизнеспособности населения возможно только через восстановление рационального взаимодействия общества и природы в антропоэкологических системах /11/.
Любая особь, популяция, сообщество испытывают на себе действие многих факторов, но лишь некоторые из них являются жизненно важными. Такие факторы называются лимитирующими или ограничивающими. Отсутствие этих факторов или их концентрация выше или ниже критических уровней делает невозможным освоение среды особями определенного вида. В соответствии с этим, для каждого биологического вида существует оптимум фактора (величина, наиболее благоприятная для развития и существования) и пределы выносливости.
Виды, переживающие значительные отклонения факторов от оптимальной величины, называются широкоприспособленными или эвритопными. Виды, способные пережить лишь незначительные отклонения экологических факторов от оптимальной величины, называются стенотопными. Способность видов осваивать разные среды обитания характеризуется величиной экологической валентности. Для большинства видов экологический оптимум ограничен. Сохранение должного уровня биологической активности, несмотря на колебания интенсивности экологических факторов, обеспечивается гомеостатическими механизмами на уровне особи или популяции.
Как уже указывалось, экологические закономерности просматриваются на уровне особи, популяции особей, биоценоза (сообщества), биогеоценоза.
Биогеоценоз – это исторически сложившееся динамическое, устойчивое сообщество растений, животных, микроорганизмов, находящееся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) части и абиотической (экотоп), которые связаны непрерывным обменом веществ и представляют собой открытую систему. Основной функцией биогеоценоза является обеспечение круговорота веществ и потоков энергии.
Биотическая часть биогеоценоза представлена биоценозом. Любой биоценоз представляет собой самоподдерживающуюся, саморегулирующуюся совокупность живых организмов, состоящую из определенного комплекса видов, в которой осуществляется круговорот веществ и энергии. Организмы в биоценозе образуют сообщества, которые отличаются тесной зависимостью друг от друга, чаще всего на основе пищевых связей, как средства получения энергии для жизни.
В основе пищевых (трофических) связей лежит наличие двух основных типов питания. Аутотрофы извлекают необходимые для жизни химические вещества из окружающей среды и при помощи солнечной энергии превращают их в органическое вещество. Гетеротрофы разлагают органическое вещество до углекислого газа, воды, минеральных солей и возвращают их в окружающую среду. Этим обеспечивается круговорот веществ, который возник в процессе эволюции как необходимое условие существования жизни. При этом световая энергия Солнца трансформируется организмами в другие формы энергии: химическую, механическую, тепловую. Определенная часть энергии Солнца рассеивается в виде тепла. Деятельность и взаимоотношения всех живых существ в природе основываются на односторонне направленном потоке энергии и круговороте веществ.
Сообщество живых существ (биоценоз) вместе с его физической средой обитания, состоящей из набора неорганических веществ (биотоп), составляют экосистему. Биогеоценоз является элементарной природной экосистемой. Совокупность всех экосистем Земли называется биосферой.
В структуре любого биогеоценоза различают следующие обязательные компоненты:
1) абиотические вещества среды;
2) аутотрофные организмы – продуценты биотических органических веществ;
1) гетеротрофные организмы – консументы (потребители) готовых органических веществ первого и следующих порядков (растительноядные и плотоядные животные);
2) детритоядные организмы – деструкторы, разрушающие органическое вещество до простых минеральных соединений (микроорганизмы).
Важная роль в биогеоценозе принадлежит цепям питания, которые составляют трофическую структуру и по которым осуществляется перенос энергии и круговорот веществ. Первичным источником энергии в цепи питания является солнечное излучение, энергия которого составляет 4,6 · 1026 Дж/с. Поверхности Земли достигает 1/2000000 часть этого количества энергии, из неё около 1 – 2 % ассимилируется растениями. Растения 30 – 70 % поглощенной энергии используют для обеспечения собственной жизнедеятельности и синтеза органических веществ.
Энергия, накопленная в растительной биомассе, составляет чистую первичную продукцию биогеоценоза. Фитобиомасса используется в качестве источника энергии и материала для создания биомассы потребителей первого порядка и далее по пищевой цепи. Обычно продуктивность последующего трофического уровня составляет не более 5 – 20 % предыдущего.
В целом, если суммарная биомасса всех организмов, обитающих на суше, составляет примерно 3 · 1012 т, то на зообиомассу приходится лишь 1 – 3 % этого количества, а масса живого вещества, приходящегося на людей, составляет около 0,0002 % от суммарной массы живого вещества планеты. Это связано с тем, что объем энергии, необходимый для обеспечения жизнедеятельности увеличивается с повышением уровня морфофункциональной организации.
Так как даже в наиболее продуктивных сообществах в реакциях фотосинтеза используется всего 1 – 2 % солнечной энергии, то они не дают достаточно продукции, чтобы прокормить растущее человечество. Обратные соотношения – относительно малая биомасса и высокая первичная продуктивность – свойственны агробкоценозам, которые являются экономически выгодными. Однако без постоянного ухода и зашиты со стороны человека они быстро сменяются малопродуктивными природными биогеоценозами.
Первичной ареной развития живого вещества на Земле была протобиосфера, охватывающая поверхностные слои гидросферы, часть литосферы. В ходе эволюции поверхность Земли приобрела главные черты своего современного биогеохимического облика, древняя протобиосфера постепенно сменилась современной биосферой.
Все эти рассуждения подводят нас к вопросам о наблюдениях за окружающей средой (ОС), за энергетическим балансом, развитием техносферы и ее влиянием на ОС и, следовательно, к такому понятию как мониторинг.