Популяции, сообщества, экосистемы

Популяция - совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Кон­такты между особями внутри популяции чаще, чем между особями разных популяций, что проявляется в более высоком уровне панмиксии - свободного скрещивания. Внутри популяции можно выде­лить более мелкие подразделения (семьи, демы). Примером популя­ции могут являться: стадо рыб, нерестующее в определенном рай­оне; стадо китов, имеющее свои обособленные районы размноже­ния и нагула; травяные бурые лягушки, мечущие икру в одном озере и т.д. Экологические характеристики популяции: ее величина (численность и ареал особей), возрастная и половая структуры, популя-ционная динамика.

Популяционный ареал. Ареал (пространство), занимаемый популяцией, может быть различным как для разных видов, так и в пределах одного вида. Величина ареала популяции зависит от степени подвижности особей - "радиусов индивидуальной активности". Так, радиус индивидуальной активности у виноградной улитки - несколько десятков метров, у сельди - несколько сот километров, у усатых китов - несколько тысяч километров, у дуба (пыльца) - несколько сот метров. Если радиус индивидуальной активности небольшой, величина популяционного ареала также невелика. Увеличение радиуса индиви­дуальной активности связано с увеличением ареала.

Динамика численности популяции подвержена постоянным колебаниям. Например, численность насекомых в популяциях в от­дельные годы может достигать сотен тысяч и миллионов особей. С другой стороны, популяции животных и растений могут быть срав­нительно небольшими. С этим связана проблема минимальных численностей. Численность популяции как длительно существующей автономной системы не может быть ниже некоторых пределов, так как эволюционно длительное существование популяции с численно­стью меньше нескольких сотен особей вряд ли возможно. Об этом стоит помнить в связи с антропогенным вмешательством в среду обитания и проблемой сокращения численности многих видов. По вине человека численность популяций сокращается до размеров, при которых неизбежно ее вымирание. В таком положении, видимо, на­ходится сейчас тигр на Дальнем Востоке, некоторые виды китов в северной части Тихого океана (синий кит, сейвал, горбатый кит).

Причины динамики численности популяций в пространстве и времени чрезвычайно разнообразны и в общей форме сводятся к влиянию биотических и абиотических факторов, в результате кото­рых происходит сезонное и несезонное (периодическое и неперио­дическое) изменение численности особей в отдельных популяциях. Колебания численности особей в популяциях называют "волнами жизни" (С.С. Четвериков). Эти волны играют роль одного из факто­ров эволюции, резко и ненаправленно изменяющего генетический состав популяций.

В состав популяций входят разные по возрасту и полу особи. Для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения возрастных групп, на которые влияют продолжительность жизни, время достижения половой зрелости, интенсивность размножения - особенности, вырабатываемые в процессе эволюции как приспособ­ления к определенным условиям среды.

В середине 20-х годов нашего века наряду с синтезом дарви­низма с генетикой началось формирование другого направления - экологического, базирующегося на принципах системности, органи­зованности и устойчивости живой природы и отдельных организ­мов. Экология - наука, изучающая соотношение организмов с усло­виями среды и формы их приспособления к условиям существова­ния. К ее возникновению привел дарвинизм, а затем сама экология способствовала его развитию, давая конкретный материал для изу­чения борьбы за существование и естественного отбора. Название новой науке (экология) дал Э. Геккель в 1879 г.

Экология раскрывает структуру и закономерности эволюции биосферы в целом, изучая взаимосвязи по цепочке: особь — вид — биоценоз — биогеоценоз — биосфера. Особь в этой системе играет роль лаборатории новообразований; популяция представляет первичную ячейку деятельности естественного отбора, элементарную эволюционную единицу; биогеоценоз содержит все основные компоненты круговорота; биосфера - сама жизнь во всем ее многообразии и целостном эволюционном процессе. Новое появляется в особи, а его конечная судьба и значение определяются биосферой.

Экологию разделяют на аутэкологию и синэкологию. Первая изучает взаимоотношения между видами и средой, вторая - между самими видами в составе биоценоза. Аутэкология изучает формы адаптации как результат естественного отбора, а синэкология раскрывает конкретные формы борьбы за существование. Конечно, обе ветви экологии взаимосвязаны и их разделение относительно. Особое значение для экологии имеет понятие популяции (его значение раскрыто ранее). Иногда экологию прямо определяют как биологическую дисциплину, исследующую закономерности жизни популяций того или иного вида в конкретной среде их обитания.

Под биоценозом понимается совокупность популяций разных видов, обитающих совместно на одной территории и поэтому находящихся в контакте друг с другом. Между ними могут быть отношения хищ­ника и жертвы, нейтральные, взаимного содействия, взаимопомощи (мутуализма), паразитизма и т.п. В созданном В.Н. Сукачевым и его школой учении о биогеоценозах дается анализ всего многообразия отношений между организмами разных видов, слагающими биоце­ноз (растениями, животными, микроорганизмами), почвой и всеми абиотическими факторами среды. Мощным фактором видообразо­вания является географическое расселение организмов. Биогео­графические исследования установили ряд закономерностей эколого-географической изменчивости (например, установлено, что вы­ступающие части тела: уши, хвост и др. оказываются более ко­роткими в холодных областях и более длинными в жарких).

До В.И. Вернадского под биосферой понималась совокуп­ность всех живых организмов на Земле. Вернадский обратил внимание на неразрывность живых и неживых систем, активно влияющих друг на друга, и утвердил трактовку биосферы как единой системы живого и неживого. Жизнь, по Вернадскому, не только за­висит от среды, но и сама производит колоссальную геохимическую работу. Биосфера - это сфера жизни в земной коре, воде и воздухе, простирающаяся примерно от 10 км вглубь Земли до 30 км над Зем­лей.

Обмен веществ является формой круговорота в природе. Круговорот только, на первый взгляд, кажется типичным движением по кругу, на самом деле здесь не повторяются одни и те же процессы, не имеет место возвращение к одним и тем же первоначальным состояниям. Поэтому круговорот лучше представить геометрически в виде спирали, чем в виде круга.

Благодаря широкому распространению живых организмов на Земле роль веществ в круговороте материи очень велика. Схематически материя на Земле может быть сгруппирована по оболочкам: литосфера (твердые тела), гидросфера (вода), атмосфера (газы, составляющие воздух), биосфера. Физика и химия атмосферы, гидросферы и земной коры подверглись глубоким изменениям одновременно с появлением жизни.

Согласно В.И. Вернадскому, живое вещество является очень мощной геохимической силой, имеющей планетное значе­ние. Экземпляры полутора миллионов видов животных и 40 тыс. видов растений весят, по подсчетам В.И. Вернадского, 10¹⁴ тонн, 9/10 которых находятся в водной среде. Вполне допустимо признать, что общая масса всех организмов, существовавших на Земле с момента возникновения жизни, во много раз превосходит массу земного шара.

До появления жизни круговорот материи на Земле осуществлялся сравнительно просто между литосферой, гидросферой и атмосферой (абиогенный этап).

Биогенный этап круговорота материи начался 2 - 3 миллиарда лет тому назад. Извлечение из среды веществ, необходимых для производства энергии и образования веществ, выделение в среду продуктов диссимиляции (экскреция), механическая деятельность живых существ - все это постепенно вело к крайнему усложнению круговорота материи. Не исключено, что одними из первых живых существ были хемосинтетические бактерии, результатом деятельно­сти которых явилось возникновение залежей железной руды, серы. Зеленые растения, появившиеся позднее, послужили чрезвычайно эффективным фактором разложения воды, потребления углекислого газа, выделения газообразного кислорода. В атмосфере снизилось количество углекислого газа, увеличилась концентрация кислорода, уменьшилось содержание воды. Атмосфера с меньшим количеством водяных паров благоприятствовала использованию световой солнечной энергии; зеленые растения представляют сегодня в энергетическом отношении главную черту связи Земли с Солнцем. Растения задержали огромные количества углекислого газа в виде целлюлозы и лигнина, а животные - в виде углекислого кальция. В настоящее время на земной поверхности имеется почти не поддающееся оценке количество каменного угля и 10¹⁴ тонн углекислого кальция. Натриевые соли в океанах, не будучи задержаны и концентрированы морскими организмами, постепенно накапливались в воде; концентрация их выросла почти в три раза за время существования жизни на Земле.

Мощное влияние на оболочки Земли оказывают те широко распространенные организмы, которые обладают большей поверхностью соприкосновения со средой, отличаются усиленным обменом веществ и быстрыми темпами размножения. Поэтому низшие животные и растения играли и играют решающую роль в круговороте материи. Если бы одноклеточные водоросли из группы диатомовых размножались беспрепятственно, то за восемь дней объем их живого вещества стал бы равен объему планеты, на которой мы живем. Зеленые растения выделяют каждый год примерно 10¹⁵ литров кислорода - количество, достаточное для поддержания дыхания 2 млрд. человек на протяжении 500 лет. Над каждым гектаром земли в атмосфере находится 2,5 тонн углерода в виде угольного ангидрида; сахарный тростник, произрастающий на площади в один гектар, задерживает за сезон около 8 тонн углерода: растительный мир поглощает ежегодно 150 млрд. тонн углерода в виде различных органических соединений. Такие интенсивные и обширные биологические процессы не могли бы поддерживаться без круговорота необходи­мых веществ (точно так же, как физиологические процессы в живот­ном организме поддерживаются только благодаря кровообраще­нию).

Особый интерес представляет круговорот материи в естественных экосистемах (лесу, озере и т.д.). В озере, например, имеются организмы вовлекающие в органический круговорот минералы, воду и солнечную энергию, автотрофные (производящие) организмы. За их счет живут потребляющие животные на нескольких трофических ступенях (более крупная рыба съедает более мелкую). Бактерии и грибы участвуют в разложении органических веществ мертвых организмов (разрушающие).

Эволюция материи, составляющей земную кору, осуществляется, следовательно, при помощи жизни; можно было бы даже говорить об "обмене веществ" всей биосферы, который делится на отдельные циклы для каждого отдельного элемента.

Круговорот материи в живом мире характеризуется также тем, что в ходе циклов различных элементов (углерода, кислорода, азота, фосфора, серы, кальция и т. д.) имеет место одновременная филогенетическая эволюция организмов, ведущая к новым типам обмена веществ, следовательно, меняющая детали круговорота материи. Изменения геохимической и геофизической среды взаимно влияют на эволюцию живых существ. Наиболее показательным событием в этом отношении является возникновение человеческой цивилизации. Здесь без преувеличения можно говорить об антропогенном этапе круговорота материи. Об огромных размерах человече­ского вмешательства свидетельствуют цифры. В результате пахоты ежегодно переворачивается 3 тыс. км³ земли. Мировой урожай зерновых культур, равный примерно 10⁹ тонн, содержит количество углерода, азота, калия, фосфора, хлора, сравнимое с их количеством, предоставляемым добывающей промышленностью. Благодаря рыболовству ежегодно добывается около 10⁶ - 10⁷ тонн рыбы. Ежегодная добыча железной руды равна 400 млн. тонн, угля - 2 млрд. тонн, нефти - почти 1 млрд. тонн.

Круговорот материи является и круговоротом энергии. При помощи солнечной энергии живая материя смогла создать зоны, в которых термодинамическое выравнивание энергии (благодаря росту энтропии) держится в шахматном порядке; более того, появились системы, внутри которых понижается энтропия и возрастает структурная информация. Живую систему можно рассматривать как разновидность "демона Максвелла", как организующий элемент экосистем.

Биосфера - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Первые представления о биосфере как "области жизни" и наружной оболочки Земли восходят к Ламарку. Термин "биосфера" ввел Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую "лик Земли". Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому (на формирование его биосферного мышления большое влияние оказали работы В.В. Докучаева о почве как об естественно-историческом теле). Основы этого учения, изложенные Вернадским в 1926 г. в книге "Биосфера" и разрабатывавшиеся им до конца жизни, сохраняют свое значение в современной науке.

Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20 - 25 км), часть литосферы, особенно кору выветривания, и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2 - 3 км на суше и на 1 - 2 км ниже дна океана. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере 7 разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: живое вещество, биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и т.д., т.е. вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами), косное вещество (образуется процессами, в которых живые организмы не участвуют, например, изверженные горные породы), биокосное вещество (создается одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы, например почва), радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Центральное звено в концепции Вернадского о биосфере - представление о живом веществе. Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. Для того, чтобы в этом убедиться, необходимо выразить живые организмы как нечто целое и единое. Так, выраженные организмы представляют живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением.

Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропических лесов) и гидросферы, где в массе развиваются зеленые растения и живущие за их счет гетеротрофные организмы. Более 90 % всего живого вещества биосферы, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97 - 98 % биомассы суши). Общая масса живого вещества биосферы оценивается в (1,8 - 2,5) 10¹⁸ г (в пересчете на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть биосферы 3 ^. 10²⁴ г. Тем не менее Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фак­тором, ведущей силой планетарного развития.

Основной источник биогеохимической активности организмов -солнечная энергия используется в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы. Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 2 млрд. лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый экран, защищающий живые организмы от жесткого космического излучения. Фотосинтез и дыхание зеленых растений поддерживают современный газовый состав атмосферы. Появление кислорода в первичной бескислородной атмосфере Земли рассматривается как важнейший этап эволюции биосферы.

Жизнь на Земле в геологически обозримый период всегда существовала в форме сложноорганизованных комплексов разнообразных организмов (биоценозов). Вместе с тем, живые организмы и среда их обитания тесно связаны, взаимодействуют друг с другом, образуя целостные динамические системы - биогеоценозы. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов (прежде всего биогенных: C, H, О, N. Р, S, Fе, Мg, Мо, Мп, Си, Zп, Са, Nа, К и др.) - их биогеохимические циклы. В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное число раз через живое вещество. Так, например, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2 тыс. лет, углекислый газ - за 200 - 300 лет, а вся вода биосферы - за 2 млн. лет. Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы, например: железобактерии - железо; простейшие кокколитофориды и фораминифоры, а также многие моллюски и кишечнополостные - кальций; хвощи, диатомовые водоросли, радиолярии и другие - кремний; губки - йод; асцидии - ванадий и т.д. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fе, Мп, Сг, S, Р, Мо, W), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п. Большим разнообразием органических соединений характеризуется состав организмов. Благодаря живому веществу на планете образовались почвы и органоминеральное топливо.

В ходе развития жизни неоднократно происходила смена одних групп организмов другими, но при этом всегда поддерживалось более или менее постоянное соотношение форм, выполняющих те или иные геохимические функции. Так, например, от палеозоя до нашего времени комплексы организмов, накапливающих кальций, менялись, но аккумуляция этого элемента происходила с относительно постоянной скоростью. Таким образом, совокупная деятельность живого вещества на Земле непрерывно поддерживала режим неорганической среды, необходимой для существования жизни, т.е. относительный гомеостаз в биосфере, одним из характерных свойств которой Вернадский считал организованность. Поэтому биосферу можно также определить как сложную динамическую систему, осу­ществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учета закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы. В результате хозяйственной деятельности из биотического круговорота изымаются или существенно преобразуются большие территории (сведение, насаждение лесов, осушение болот, строительство городов, дорог, плотин, распашка целинных земель, создание водохранилищ и т.д.). Добыча полезных ископаемых, сжигание огромных количеств топлива, создание новых, не существовавших ранее в биосфере веществ, интенсифицируют круговорот веществ, изменяют состав и структуру слагающих его компонентов. Антропогенные воздействия на биосферу, принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности человека), ставят под угрозу возможность поддержания гомеостаза в биосфере.

Поэтому учение о биосфере как о единой, определенным образом организованной динамической системе имеет исключительно важное значение. Оно оказало и оказывает огромное стимулирующее влияние на развитие многих наук (прежде всего, экологии, биогеоценологии), на самый характер подходов и мышления при решении не только естественно-научных проблем, но и всего комплекса вопросов, связанных со взаимоотношениями природы и общества. Вернадский (1944) развил представление о переходе биосферы в ноосферу, т. е. в такое ее состояние, когда развитие биосферы будет управляться разумом человека. Выход человека в космическое пространство расширяет пределы ноосферы за пределы биосферы.

Ноосфера - новое состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором ее развития. Понятие "ноосфера" - сфера разума введено Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом в 1927 г. Однако они дали идеалистическое толкование ноосферы как особого надбиосферного "мыслительного пласта", окутывающего планету. В 30 - 40-х годах В.И. Вернадский развил представление о ноосфере с материалистических позиций. Он понимал ноосферу как качественно новую форму организованности, возникающую при взаимодействии биосферы и общества, как новое эволюционное состояние биосферы. Ноосфера - высший тип управляющей целостности, для которой характерна тесная взаимосвязь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами общества. Отдельные структурно-функцио­нальные элементы ноосферы закладываются уже на современном этапе общественного развития. Процесс перехода биосферы в ноосферу будет усиливаться по мере объединения человечества для решения общих, глобальных проблем развития.

Научно-технический прогресс развивает производительные силы, улучшает условия жизни человека, повышает ее уровень. Вместе с тем, растущее вмешательство человека вносит в окружающую среду подчас такие изменения, которые могут привести к необратимым последствиям в экологическом и биологическом смысле. Результатом активного воздействия человека на природу является ее загрязнение, засорение, истощение. Ежегодно из тела Земли извлекается столько минеральных ресурсов, что если загрузить их в вагоны, то состав 16,5 раза опоясал бы планету. На самом деле из всего объема сырья, которое человек берет у природы, он превращает в полезные для общества продукты лишь около одного процента. Все остальное выбрасывается в окружающую среду в экологически опасном, отравленном виде.

Неуклонно развивая свою техническую мощь, человек преуспел в этом настолько, что "индустриальный черпак" достал в некоторых районах планеты до самого дна природной кладовой, что не могло не привести к истощению ее ресурсов. Есть страны, где очень остро ощущается нехватка полезных ископаемых: угля, природного газа, нефти.

Люди издавна называют нефть "черным золотом". А ныне можно слышать: нефть дороже золота. И это действительно так. Даже если на короткое время приостановить ее добычу - остановятся тепловые электростанции, заводы, все виды транспорта, замрет жизнь в городах. А между тем при нынешних темпах потребления доказанных запасов нефти хватит лишь на 37 лет, а если принять в расчет прогнозные ресурсы, то - на 117 лет. Успеют ли за это короткое время все страны перевести свою экономику на другой вид топлива - вопрос, который обсуждается во всем мире.

Потребление воды в промышленности и сельском хозяйстве достиглоуже сейчас такого уровня, что использованные воды не могут полностью самоочищаться после сброса их в естественную гидрологическую сеть.

Преобразование природы идет поистине гигантскими темпами. Причем под влиянием роста народонаселения и его потребностей это преобразование затронуло и жизненную оболочку Земли - биосферу, которая в большой степени испытывает влияние производственной деятельности человека. Ныне степень воздействия человека на природу сопоставима с природными процессами, протекающими в течение целых геологических эпох. Например, в настоящее время в мире за одни сутки сжигается столько топлива органического происхождения, сколько природа сможет синтезировать, создать за 1000 лет!

Сто лет назад в производстве материальных благ использовалось не более 20 элементов из перечисленных в таблице Менделеева, а сейчас 94 - 96 (из общего числа 105). Уже стоит вопрос о максимальном использовании возможностей Мирового океана, откуда непрерывно изымаются биологические ресурсы. В последнее время в мире ежегодно добывается около ста миллионов тонн морских продуктов, что составляет 1 % потребляемой человечеством пищи.

Все это с необходимостью требует особого отношения человека к природе, ставит вопрос об ее охране и научном управлении процессом воздействия общества на окружающую природу.

Одна из серьезных проблем, стоящая сегодня перед человечеством, - глобальное потепление. Так же, как кислотные дожди и разрушение озонового слоя, оно свидетельствует о том, как опасно использовать атмосферу для сброса отходов. Загрязняющие вещества, вызывающие глобальное потепление, являются причиной так называемого парникового эффекта. Результатом нашей повседневной деятельности является изменение самой природы атмосферы. Ученые предупреждают, что глобальное потепление приведет к серьезным изменениям климата. Оно сильно повлияет на здоровье людей и вызовет гибель многих видов растений и животных как на суше, так и в океане.

Начиная с 1600 года на нашей планете вымерло около 150 видов зверей и птиц, причем более половины - только за последние 50 лет и в основном по вине человека. В Красной книге, которую ведет Международный союз охраны природы (МСОП), насчитывается сейчас около 600 видов зверей и птиц. В бедственном их положении тоже, как правило, повинен человек. На сегодняшний день опасность угрожает каждому пятому виду зверей, каждому четвертому виду амфибий и рептилий, каждому десятому виду птиц нашей фауны.

Научная методология предоставляет нам возможности морально-этических взаимоотношений человека с природой. Эта методология базируется на установлении системной организованности в природе, на структурированности естественных природных объединений, на признании права потомков жить в природной среде, не измененной деятельностью человека. В основе природопользования в этой системе представлений лежат законы сохранения биологиче­ской (биоэнергетической) замкнутости экосистем.

Вполне очевидно, что вся живая природа в своем функцио­нировании замкнута на ту биологическую массу, которая создается в природных системах.Вся первичная биологическая масса на земле производится или за счет фотосинтеза из первичных неорганических соединений, или за счет хемосинтеза.

В силу того, что в природных экологических системах суще­ствует общий трофический баланс, практически вся биологическая продукция, возникающая в первичном, продуцирующем (автотрофном) звене, служит для поддержания жизни и нормального функ­ционирования остальной части экосистемы. В естественных экосистемах отсутствует экологическая или, правильнее сказать, "эконо­мическая" база для повышения "сбора урожая" другим путем, кроме как путем изъятия продукции у остальных членов экосистемы за их счет. Такое использование природных экологических систем нельзя назвать рациональным. Исследование замкнутых экосистем на природных и искусственных моделях отчетливо показывает, что, к примеру, ни островная, ни рифовая экосистемы не могут существовать в неизменном состоянии, если в них нет равновесия между биологи­ческой массой, произведенной автотрофным, и массой потребленной гетеротрофным путем. Поэтому при внедрении человека в естественные экологические системы он может без риска нарушения природного баланса и фактически без разрушения экосистемы эксплуатировать для своих нужд только ту часть биологической продукции, которая остается "ничейной". Но таких биомасс в экосистемах не бывает. В таком случае остается или сознательное разрушение экосистемы, уничтожение части биосферы, которую человек хочет лишить пищи с тем, чтобы замкнуть на себя причитаюшуюся ей биологическую массу, или искусственное разбалансирование естественной экосистемы (т.е. создание искусственной экосистемы на месте уничтоженной естественной), проведение мероприятий, резко повышающих продуктивность отдельных ее звеньев с последующим использованием избытка произведенной биомассы и с обязательным выделением части урожая на поддержание пищевого баланса экосистемы. Именно по этому пути и идет развитие человеческой цивилизации.

Таким образом, дальнейшая стратегия природопользования целиком зависит от ответа на главный вопрос: что считать рациональным в природопользовании? Сегодня мы говорим о необходимости сохранять и приумножать богатства нашей природы. Однако проблема остается. Если мы действительно намерены воплотить в дело это требование, то должны подумать, как этого добиться. Главное здесь - деятельность. При реализации наших намерений мы должны учитывать, что проблема сохранения и умножения природных ресурсов имеет несколько теоретически возможных вариантов решения:

- полная консервация, с отказом от дальнейшего прогресса, по крайней мере, в освоении новых пространств и биологических ресурсов, проведение интенсивной природоохранительной и природовосстановительной политики;

- сокращение потребностей человека и доведение их до того уровня, который полностью вписывается в природную "экономику" экосистем. Однако, учитывая современное состояние природных экосистем, которые уже далеко вышли за рамки устойчивого равновесия, многие из них не могут быть сохранены в их нынешнем состоянии без специальных мероприятий;

- создание особой системы, которая максимально консервирует неуспевшие разрушиться природные экосистемы и делает присутствие человека для них незаметным. Это требует организации практически замкнутых искусственных экосистем, специально адаптированных под человеческую деятельность.

Если человек - часть общей природной системы, то прежде всего ему надо увидеть эту систему, установить условия се устойчивости и вписаться в нее вместе со своей деятельностью, руководствуясь самыми общими методологическими правилами. Одно из них - Второй принцип симметрии Пьера Кюри, требующий подчинения симметрии предмета или явления, порождаемого средой, симметрии среды. Те собственные элементы симметрии явления, которые совпадают с элементами симметрии среды, сохраняются, остальные - отсекаются. Отсюда следует, что человек может безопасно проводить только такую деятельность, которая вписывается в природные закономерности.

В самом общем виде принципиально возможны следующие важнейшие подходы к природопользованию:

- потребительский, или утилитарный. Основан на безоговорочном присвоении всех природных полезностей, с полным (выборочным или частичным) изъятием полезного компонента. Своим крайним результатом имеет деградацию экосистем и их компонентов, опустынивание и приведение природных ресурсов к виду, не пригодному к дальнейшему использованию. При наличии восстановительного потенциала в окружающих экосистемах на отработанных площадях может произойти самозалечивание под воздействием экологической сукцессии. Характерным примером такого способа природопользования является подсечное земледелие, собирательство, морской рыболовный промысел;

- очаговый. Участки интенсивного использования окружены обширными зонами территорий и акваторий с охранным режимом, которые служат своеобразным экологическим "буфером", ограничивающим распространение разрушительной деятельности на соседние с осваиваемым участком территории и акватории. Вариант возможен только в районах нового освоения;

- компенсационный. Использованный или исчерпанный природный компонент искусственно заменяется "экологическим протезом", то есть экологически эквивалентным телом, устройством или системой. Например: послойная засыпка карьеров отработанной породой с сохранением изначальной слоистости и гидрогеологических свойств горных пород (проницаемости, пористости); одернование обнаженных человеком участков земли, лесные посадки; укладка искусственного слоя почвы; восстановление луговой или степной растительности; зарыбление искусственных водоемов и т.д. Система дорогостоящая, приводит к созданию окультуренных ландшафтов, требует тщательного экологического планирования, ландшафтной архитектуры;

- очагово-компенсационный. Очаги интенсивного освоения окружены буферными зонами "экологических протезов", рассчитанных на компенсацию вредного воздействия района интенсивного освоения на окружающую среду. Буферная зона должна иметь специфическую направленность и резко повышенную продуктивность, поглощающую весь вредный совокупный продукт антропогенно нагруженного звена. Этот вариант охранного природопользования предпочтителен для районов нового освоения;

- интенсификационный. Создание искусственных экосистем с высочайшей продуктивностью, возможной в данном природно-климатическом районе. Вариант предусматривает: конструирование каждого звена и элемента экосистемы со строгим расчетом на получение управляемой системы, сбалансированной по общей продукции и способной к временной разбалансировке любого звена с компенсационными ответами на этот дисбаланс других частей и звеньев экосистемы; полную замену всех звеньев экосистемы на искусственно подобранные, экономически выгодные, экологически комплементарные; формирование хозяйства по принципу полностью замкнутых безотходных производственных циклов. Требует надеж­ного, научно-обоснованного экологического прогноза последствий планируемых мероприятий. Является идеальной моделью рационального природопользования для освоенных территорий;

- мимикрический. Человек полностью вписывается со своими нуждами, потребностями и возможностями природопользования в природные экосистемы, находя себе естественную экологическую нишу, и целиком зависит от благосостояния всей экосистемы. При этом возможны два варианта: натуральный, первобытно-собирательский (давно пройденный человечеством этап) и мимикрический компенсационный. Последний вариант предполагает такое природопользование, которое базируется на коррекции природных экологических цепей в сторону повышения продуктивности отдельных звеньев экосистемы. Избыточная продукция, созданная человеком, "выводится" из природы для удовлетворения его нужд, часть этой продукции оставляется в экосистеме для поддержания экологического равновесия в ней.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1) Что в биологии называется популяцией?

2) Что такое популяционный ареал?

3) От чего зависит численность популяции?

4) Как антропогенное вмешательство изменяет динамику численности популяции?

5) Что изучает наука - экология?

6) Что изучает ветвь экологии - аутэкология?

7) Что изучает ветвь экологии - синэкология?

8) Что такое биоценоз?

9) Каково содержание учения В.Н. Сукачёва о биогеоценозах?

10) Что такое биосфера по В.И. Вернадскому?

11) Каково общее представление о круговороте материи в природе?

12) Какова специфика биогенного этапа круговорота материи?

13) Какова роль низших животных и растений в круговороте материи?

14) Каков круговорот материи в естественных экосистемах?

15) Что представляет собой круговорот материи в живом мире?

16) Какова связь круговорота материи с круговоротом энергии?

17) Каков состав биосферы Земли?

18) Каково содержание учения Вернадского о биосфере Земли?

19) Какова роль солнечной энергии в жизни биосферы?

20) Каков круговорот вещества в биосфере?

21) Какова роль переноса энергии в обмене веществ по Вернадскому?

22) Какова биогеохимическая роль человека в функционировании биосферы?

23) Что такое ноосфера по Вернадскому?

24) Какова роль научно-технического процесса и его влияние на ноосферу?

25) Почему в настоящее время остро ставится вопрос об охране окружающей природы?

26) Какие биологические законы лежат в основе морально-этических взаимоотношений человека с природой?

27) Что считать рациональным в природопользовании?

28) Каково содержание Второго принципа симметрии Пьера Кюри?

29) Каковы черты утилитарного подхода к природопользованию?

30) Какова специфика очагового подхода к природопользованию?

31) Каковы особенности компенсационного подхода к природопользованию?

32) В чём предпочтителен очагово-компенсационный подход к природопользованию?

33) Почему интенсификационный подход к природопользованию является идеальной моделью?

34) Чем выгоден мимикрический подход к природопользованию?

Дата добавления: 2015-08-03