Раздел 1. Основы общей экологии

Глава 1. Предмет и задачи экологии

Даже выйдя в космос и научившись многие месяцы жить под водой, человек остался биологическим видом, которому необходимы строго определенные (эволюцией) условия окружающей среды, или факторы: газовый состав воздуха, набор ассимилируемых с пищей веществ, температура, режимы освещенности, влажности и многое другое. Требование любого живого организма к качеству окружающей среды консервативны. При изменении режимов факторов, отклонении тех или иных составляющих природной среды от некоторой требуемой организму нормы возможны нарушения жизнедеятельности организма вплоть до несовместимости этих отклонений с жизнью.

Невозможно „охранять природу” и обеспечить высокое качество среды обитания, не зная, что она собой представляет, по каким законам она существует и развивается, какие предельные нагрузки на природные системы может общество допустить, чтобы не разрушить их с неизбежным ущербом для себя. Все эти вопросы и являются предметом экологии.

Экология - это наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде или наука о взаимоотношениях между организмами и средой их обитания.

Существуют и другие определения экологии. Например, считается, что экология – наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Термин “экология” введен в 1866 г. немецким ученым-зоологом Эрнстом Геккелем в книге “Всеобщая морфология организмов “ и образован из двух греческих корней: ойкос – дом, жилище; логос – наука. В буквальном смысле экология - наука о местообитании. Под экологией Э.Геккель понимал сумму знаний, относящихся к экономии природы: изучение всей совокупности животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Как видим, в этом понимании экология касается в первую очередь царства животных.

Существует много определений экологии как науки, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Экология, как и многие другие науки, имеет два аспекта. Один из них – это стремление к познанию ради самого познания, и в этом плане на первое место ставится поиск закономерностей развития природы, а также их объяснение; другой – применение собранных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой. Стремительное повышение значимости экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

Эти два аспекта экологии развиваются рука об руку, потому что основные принципы, обнаруживаемые при изучении природных сообществ, должны относиться также и к нарушенным сообществам. Физические и химические законы, лежащие в основе таких явлений, как растворимость неорганических соединений, химические реакции, поверхностное натяжение и переход из одного фазового состояния в другое, имеют самое непосредственное отношение к землепользованию. Например, при орошении пустынных земель с целью превращения их в посевные площади соли, содержащиеся в частицах почвы, растворяются в воде. При этом они не вымываются из верхних слоев почвы, а отлагаются на ее поверхности. по мере того как вода поднимается вверх в результате сильного испарения, происходящего под действием горячего солнца пустыни. То, что ирригация в конечном счете может превратить тысячи гектаров пустыни в засоленную равнину, непригодную для возделывания, можно было предсказать на основании общеизвестных законов химии и физики.

Математическое изучение экологии популяций показывает, что спады численности наступают тогда, когда уничтожение особей хищниками превышает прирост за счет размножения. Применение демографических законов к охотничьим видам убеждает нас в том , что наивысший уровень дичи можно получить в тех случаях, когда интенсивность охоты способствует поддержанию популяций охотничьих видов на уровне достаточно низком, чтобы наличного количества пищи хватало для интенсивного размножения, но вместе с тем достаточно высоком, чтобы обеспечить высокий устойчивый выход живой продукции. Для эффективного ведения охотничьего хозяйства необходимо регулировать сроки охоты, ежедневные нормы добычи, применяемое оружие и даже стоимость лицензий. Когда биологи-охотоведы затопляют какие-либо участки, с тем чтобы создать место обитания водоплавающих птиц, или выжигают кустарники, чтобы благоприятствовать развитию той растительности, которую предпочитают в качестве пищи олени, они руководствуются экологическими принципами. Разумное ведение охотничьего хозяйства должно быть основано на этих принципах.

К экологии очень редко обращаются за советом, а между тем решение многих проблем упирается именно в нее. Селекционеры на протяжении многих лет стремятся создать идеальный сорт пшеницы, который был бы устойчив к любым вредителям и к любым болезням. Но, проводя искусственный отбор с целью получить линию с желаемыми признаками, человек невольно производит при этом также отбор насекомых, вирусов и грибов, выводя линии, превосходящие все другие по способности поедать или заражать созданный прекрасный сорт пшеницы. Такого рода игра в эволюционные кошки-мышки в иных обстоятельствах могла бы привести к установлению безобидного status quo, попутно обеспечивая работой многие десятки генетиков и селекционеров. Однако природа не столь снисходительна. Повышение устойчивости данного сорта к вредителям может повлечь за собой снижение его засухоустойчивости или способности конкурировать с сорняками. Совокупность приспособительных признаков какого-либо организма подобна шарику глины: если защипнуть глину так, что на шарике образуется выступ, то при этом непременно образуется и вмятина, поскольку количество глины все время остается одинаковым.

Применение гербицидов и искусственного орошения позволяет возместить потери, причиняемые снижением конкурентоспособности и засухоустойчивости, которое сопровождает повышение устойчивости к вредителям, однако стоимость необходимых для этого химических веществ и ирригационных сооружений может свести на нет всю получаемую выгоду. Вспоминается попытка интродуцировать хлопок на Коста-Рике. В относительно сухих районах этой тропической страны климат идеально подходит для выращивания хлопка, и на первых порах хлопковые поля процветали. Однако здесь, как и повсюду, большой урон хлопководству наносят насекомые. В начале при помощи инсектицидов удавалось бороться с вредителями, однако по мере того, как в популяции насекомых развивалась устойчивость к химическим препаратам, последние приходилось применять все в больших количествах. Хлопковому буму на Коста-Рике пришел конец, когда стоимость пестицидов стала съедать весь доход, получаемый от выращивания хлопка. Тракторы, ржавеющие на заросших сорняками полях, - вот все, что от него осталось. Рентабельность разведения хлопка на Коста-Рике без применения пестицидов сомнительна. Что же касается экономической и экологической стоимости применения пестицидов, то теперь, задним числом, совершенно ясно, что она выходит далеко за пределы допустимого.

Весьма показателен в этой связи сложный пример прямых и косвенных воздействий человека, разрушающих естественные сообщества, который красноречиво свидетельствует о необходимости глубокого понимания функционирования экосистемы. Озеро Клир-Лейк в Калифорнии (США) – живописный водоем длиной более 30 км; когда-то оно было идиллическим местом отдыха, хорошо известным любителям рыбной ловли и водных лыж. Единственным недостатком этого земного рая были тучи мелких двукрылых, появляющиеся летом вокруг озера. Эти насекомые, личиночное развитие которых проходило в донных отложениях на мелководьях, не представляли никакой угрозы для здоровья человека и не кусались. Но по вечерам, когда в домах зажигали свет, они скапливались вокруг ламп, вызывая раздражение и неудовольствие обитателей этих домов.

Все усилия, прилагаемые для того, чтобы разработать подходящие меры борьбы с этими двукрылыми, оставались безуспешными вплоть до конца второй мировой войны, когда получили широкое распространение такие пестициды, как ДДТ и его производные. В 1949г. все озеро было обработано ДДТ, который ввели в воду в количестве менее 0,02%. Это мероприятие оказалось очень эффективным, и на протяжении следующих 2-3 лет у берегов озера можно было встретить лишь единичных насекомых. Однако после 1951г. их численность стала возрастать. В 1954г. была проведена повторная обработка озера ДДТ, вновь позволившая истребить значительное количество этих назойливых насекомых. Спустя некоторое время жители стали находить мертвых водоплавающих птиц, выброшенных на берег, но никому не пришло в голову связать это с программой по борьбе с насекомыми.

После второй обработки ДДТ популяция насекомых оправилась быстрее, чем после первой. Ещё менее эффективной оказалось третья обработка, предпринятая в 1957г, и тогда у биологов зародилось подозрение, что насекомые стали устойчивы к ДДТ. В 1957г по всему побережью озера можно было видеть мертвых водоплавающих птиц. На этот раз двух умирающих птиц отправили на анализ, который показал, что программа борьбы с насекомыми оказалась смертным приговором озеру Клир-Лейк . Содержание остатков ДДТ в жировой ткани мертвых птиц почти в 100 раз превышало его первоначальную концентрацию в воде, получаемую при обработке озера. Позднее обнаружилось, что рыбы также накапливали ДДТ в очень больших количествах, в результате чего многие их виды стало небезопасно употреблять в пищу.

Таким образом, программа борьбы с двукрылыми привела к созданию устойчивой к ДДТ линии этих насекомых ( которые по-прежнему отравляют жизнь местным жителям), к резкому сокращению популяций водоплавающих птиц , а кроме того, создала угрозу для наиболее привлекательной особенности этого озера - рыбной ловли. Парадокс в данном случае состоит в том, что все эти проблемы порождены самим человеком: питательные вещества, стекавшие в озеро с удобряемых полей и просто с нечистотами, обогащали природный ил и благоприятствовали развитию личинок насекомых

Итак, программа борьбы с двукрылыми привела в конечном счете к совершенно неожиданным результатам. Её создатели пренебрегли основными принципами экологии. Они не учли способность популяции насекомых вырабатывать устойчивость к ядовитому инсектициду и не предусмотрели возможности накопления остатков ДДТ в организме животных, их передачи по пищевой цепи от жертвы к хищнику и повышения их концентрации вплоть до летального уровня в каждом звене этой цепи. Непредвиденные последствия почти всегда сводят на нет все усилия человека подчинить себе сложную систему природных механизмов, обеспечивающих стабильность в биосфере.

И ещё два примера беспечного отношения к экологическим прогнозам. В апреле 2002г. г.Ленск в Якутии (Россия) в считанные часы был поглощен весенней распоясавшейся р.Леной, хотя уже в феврале-марте специалисты предупреждали о предстоящих сильных паводках из-за небывалого количества снега, выпавшего прошлой зимой. Должностные лица отнеслись к подобным предупреждениям довольно прохладно. Накануне памятных событий жители даже не знали о масштабах надвигающейся трагедии. По словам очевидцев, темно-коричневая вода вперемешку с обломками мебели и всевозможным мусором пребывала столь стремительно, что на крышу домов успели втащить только самое необходимое. Затопленным оказались машины во дворах, нижние этажи домов, школ, больниц, детских садов.

Никаких проблем не было бы вообще, если бы геологи, основавшие Ленск, посоветовались с экологами. До 1963 года на месте затопленного города стоял небольшой якутский поселок Мухтуя. Однако местные жители, зная суровый нрав Лены, строили свои дома только на высоком берегу. На низком селиться не имело смысла, все равно река когда-нибудь добралась бы до строений. С приходом геологических экспедиций поселок начал разрастаться и в 1963 году приняли решение о создании нового города, в рамках которого новоселы застроили оба берега, проигнорировав предостережения экологов. В этих местах нельзя было вести строительство, однако эту простую истину осознали только после трагического наводнения.

Более резонансный случай произошел в г. Днепропетровске в 1997г. В июне месяце на жилмассиве Тополь-1 в результате сильного оползня в считанные часы под землю ушли 9-ти этажный жилой дом, здание школы и детсада. Случай уникален даже в масштабах всей Украины, многие районы и города которой подвержены оползням. Основная причина образования оползней и просадки грунтов – это постоянные утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, а также подъем грунтовых вод под действием водохранилищ, особенно в акватории Днепра. Застройка ж/м Тополь многоэтажными зданиями (в том числе, на склоне балки) была санкционирована тогдашним городским руководством без надлежащей оценки геологических и экологических особенностей местности, и трагедия на Тополе явилась закономерным следствием непродуманных решений. И лишь в 2000г горисполком, исправляя ошибки предшественников, своим обоснованным постановлением запретил строительство на склонах балок города 4-х и более этажных зданий. Весьма своевременное решение, если учесть, что в ряде мест Рыбальской и Аптекарской балок уровень грунтовых вод находится на глубине 2,5–4 м (20 лет назад этот уровень фиксировался на глубине 40м).

Таким образом, пренебрежение законами, лежащими в основе естественных природных процессов, всякий раз приводит к серьезным конфликтам человека и природы. Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки экологии, приобретая все более направленный социально- политический и хозяйственно-экологический характер.

Практическая значимость экологии заключается в первую очередь в том, что она может и должна осуществлять научный контроль природопользования. Природопользование составляет ресурсную базу экономики. Имеются в виду не только природные биоресурсы - лес и другие эксплуатируемые человеком сообщества дикорастущих растений и промысловых животных, но и пространства территорий и акваторий, земля, вода, воздух, солнечный свет, агроресурсы, продукты недр – все, что так или иначе участвует в природных и антропогенных трансформациях энергии и круговоротах веществ. Однако экологическое управление ресурсами и природопользованием еще содержит много пробелов и недостатков. Из-за этого сохраняются серьезные противоречия между экономическими интересами и экологическими требованиями, между экономикой общества и экономикой природы.

Природопользование может быть рациональным и нерациональным. При рациональном природопользовании, обеспечивающем экономически эффективное потребление и воспроизводство природных ресурсов, создаются возможности для удовлетворения потребностей в них не только настоящего, но и будущих поколений людей. К сожалению, нынешнее состояние природопользования в целом можно охарактеризовать как нерациональное, ведущее к истощению природных ресурсов, нарушению экологического равновесия и загрязнению окружающей среды. В основе природопользования должны лежать законы экологии, так как их нарушение ведет к ухудшению природной среды и вызывает необходимость проведения специальных природоохранных мероприятий.