18. Системно-эволюционный подход в экологии: законы функционирования и развития экосистем, этапы развития экосистем. Человек и экосистемы. Экологизация современной науки.

Экосистема - это единый природный или природно-антропогенный комплекс, который выступает как функциональное целое и образован живыми организмами и средой обитания.

 Функционирование экосистем

Совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в экосистеме и есть ее функционирование. Основные потоки вещества в экосистемах связаны с биологическим круговоротом - поступлением веществ из почвы и атмосферы в живые организмы с соответствующим изменением их химической формы, возвращением их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности организмов и с посмертными остатками, повторным поступлением в живые организмы после процессов деструкции и минерализации с помощью микроорганизмов. Движущей силой этого круговорота является биопродукционный процесс, главную роль в котором играет фотосинтез.

Для функционирования необходима энергия. Энергию определяют как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.

Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново.

Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия.

Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии; во-вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду.

Развитие экосистем

Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Самый простой тип динамики - суточный. Он связан с изменениями в фотосинтезе и транспирации (испарении воды) растений. Более значительные отклонения в экосистемах наблюдаются при сезонной динамике. Это обусловлено биологическими циклами организмов, которые зависят от сезонной цикличности явлений природы. Не остаются неизменными экосистемы в многолетнем ряду. Если в качестве примера взять лес или луг, то не трудно заметить, что в разные годы этим экосистемам свойственны свои особенности.

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями или флуктуациями, а направленную динамику именуют поступательной или развитием экосистем.

Для поступательной динамики характерным является либо внедрение в экосистемы новых видов, либо смена одних видов другими. Происходит смены биоценозов и экосистем в целом, причинами подобных смен могут являться внешние по отношению к биоценозу факторы, действующие длительное время в одном направлении, например увеличивающееся загрязнение водоемов, возрастающее в результате мелиорации иссушение болотных почв, усиленный выпас скота и т. д. Этот процесс называют сукцессией. Если сукцессия обуславливается в основном внешними по отношению к экосистеме факторами, то такие смены называют экзогенетическими или экзодинамическими, если внутренними факторами - эндогенетическими или эндодинамическими.

Экзогенетические сукцессии могут быть вызваны изменением климата в одном направлении, например, в сторону потепления или похолодания, иссушением почв, например, в результате осушения или понижения уровней грунтовых вод по другим причинам. Такие смены могут длиться столетиями и тысячелетиями и их называют вековыми сукцессиями.

Ход эндогенетических (эндодинамических) сукцессий рассмотрим на примере наземных экосистем. Если взять участок земной поверхности, например, заброшенные пахотные земли в различных географических районах (в лесной, степной зонах либо среди тропических лесов и т.п.), то для всех этих объектов будут характерны как общие, так и специфические изменения в экосистемах. В качестве общих закономерностей будет иметь место заселение живыми организмами, увеличение их видового разнообразия, постепенное обогащение почвы органическим веществом, возрастание их плодородия. В каждом случае можно выделить последовательные стадии сукцессий, под которыми понимается смена одних экосистем другими, а сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Их называют климаксными, коренными или узловыми.

Этапы развития экосистем: Процесс сукцессии, по Ф. Клементсу, состоит из нескольких этапов: 1) возникновения незанятого жизнью участка; 2) миграции на него различных организмов или их зачатков; 3) приживания их на данном участке; 4) конкуренции их между собой и вытеснения отдельных видов; 5) преобразования живыми организмами местообитания, постепенной стабилизации условий и отношений.

Человек и экосистема. Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропо­генные экосистемы. Примерно 10 тыс. лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство — растениеводство и животноводство. Освоив сельскохозяйственную модель, чело­век исторически подошел к промышленной революции, кото­рая началась всего 200 лет назад, и до современного комплекс­ного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели. На современном этапе он для удовлетворе­ния своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого. Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцес­сии, добиваясь максимальной первичной продуктивности од­ного или нескольких растений (например, кукурузы, пшени­цы, гороха и т. п).

Экологизация современной науки

В последние годы все более осознается, что для решения экологической проблемы необходима выработка целостного представления о функционировании окружающей человека среды и его месте в ней. Противоречие между традиционной наукой, разделенной на жестко обособленные дисциплины, и потребностью целостного познания реальности стимулирует становление нового типа организации науки.

Насущной потребностью современных взаимоотношений человека и природы становится проведение комплексных экологических исследований. Помимо взаимосвязи общественных, физико-химических и технических наук с науками о Земле и биологией необходима тесная их связь с медициной. Цепь обратной связи, существующая между социальными изменениями, экологическими изменениями и изменениями в биологии человека, должна находить свое отражение в науке как форме общественного сознания [2].

Новое положение человека по отношению к природной среде, рост его технической мощи и превращение его деятельности в «геологическую силу» требуют существенной модификации науки, если она хочет адекватно отразить данную ситуацию. Насколько это станет возможным, покажет будущее, но следует отметить, что в современной науке наблюдаются процессы, являющиеся реакцией на новые задачи, встающие в соответствии с интенсивным уплотнением поля функциональных связей между обществом и природной средой. Для науки становится характерной ее переориентация, которую можно назвать тенденцией экологизации.