Экологические законы

Раздел: Статьи » Климат  30-08-2011, 13:44    

П о определению – закон есть выражение существенной, необходимой, стабильно повторяющейся связи между явлениями. Наиболее характерные для экологических явлений следующие законы: закон «физико-химического единства»: все живое вещество планеты едино с точки зрения своей физико-химической сути (например, что токсично для одного вида, токсично и для всех других видов); закон «биогенной миграции атомов»: миграция химических элементов – это функция живого вещества; закон «бережливости»: атомы, вошедшие в какую-нибудь форму живого вещества, с трудом возвращаются или не возвращаются в «косную» материю биосферы. Этот закон – основа круговорота веществ; закон «константности»: количество живого вещества биосферы для единого геологического периода есть постоянная величина; закон «максимизации энергии»: в конкурентной борьбе с другими системами выживает та из них, в которую наилучшим образом поступает энергия и используется максимально эффективно. А наиболее эффективно используют энергию те системы, которые ее накапливают; закон «пирамиды энергии»: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой уровень в среднем не более 10 % энергии; закон «развития природных систем за счет окружающей среды»: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Отсюда следует, что на Земле безотходное производство невозможно, а любая более высокоорганизованная биологическая система через использование и видоизменение среды жизни представляет потенциальную или реальную угрозу для низкоорганизованной системы, т.е. повторное зарождение новой жизни невозможно; закон «снижения энергетической эффективности природопользования»: по мере течения исторического времени для получения от природы полезной продукции затрачивается все больше энергии на единицу продукции; закон «оптимальности»: самое эффективное функционирование любой системы возможно только в определенном пространственно-временном диапазоне. Никакая природная система не может расширяться без ущерба для ее организации и функционирования; закон «необратимости эволюции»: организм, отдельная популяция, вид, не могут вернуться к прежнему состоянию, существующему в ряду его предков. Этот закон действителен не только для живых организмов, но и в отношении экологических систем; закон «минимума»: жизнеспособность, выносливость организмов определяется экологическими факторами, их количеством и качеством, уменьшение которых ниже определенного минимума ведет к гибели организмов и разрушению экологической пирамиды; закон «толерантности»: ограничивающим фактором нормальной жизнедеятельности организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия; закон «возврата»: питательные вещества, изъятые из окружающей среды вместе с собранным урожаем, должны быть возвращены в нее; закон «убывающего плодородия»: в связи с постоянным изъятием питательных веществ вместе с собираемым урожаем, эрозией почвы, заболачиванием на культивируемых землях происходит постоянное снижение плодородия; закон «растущей урожайности»: агротехнические и другие прогрессивные приемы ведения сельского хозяйства ведут к увеличению урожайности земель. Этот закон противоположен закону плодородия; закон «незаменимости факторов роста и развития»: ни один из факторов, влияющих на рост и развитие живого организма, не может быть заменен никаким другим фактором (например, свет не может заменить влагу или температуру, кислород); закон «ускорения эволюции»: более организованные формы существуют меньшее время, чем низкоорганизованные. Это вызывает катастрофический толчок, когда эволюция резко убыстряется.

№23

Биологическая продуктивность

        экологическое и общебиологическое понятие, обозначающее воспроизведение биомассы растений, микроорганизмов и животных, входящих в состав экосистемы (См. Экосистема); в более узком смысле — воспроизведение диких животных и растений, используемых человеком. Б. п. реализуется в каждом отдельном случае через воспроизведение видовых популяций растений и животных, идущее с некоторой скоростью, что может быть выражено определённой величиной — продукцией за год (или в иную единицу времени) на единицу площади (для наземных и донных водных организмов) или на единицу объёма (для организмов, обитающих в толще воды и в почве). Продукция определённой видовой популяции может быть отнесена также к её численности или биомассе (См. Биомасса). Б. п. различных наземных и водных экосистем проявляется во многих формах. Соответственно многообразны и используемые человеком продукты, воспроизводимые в природных сообществах (например, древесина, рыба, меха и мн. др.). Человек обычно заинтересован в повышении Б. п. экосистем, т.к. это увеличивает возможности использования биологических ресурсов природы. Однако в ряде случаев высокая Б. п. может приводить к вредным последствиям (например, чрезмерное развитие в высокопродуктивных водах фитопланктона определённого видового состава — синезелёных водорослей в пресных водах, токсичных видов перидиней (См. Перидинеи) — в морях).

         Понятие Б. п. во многих отношениях аналогично понятию Плодородие почвы, но по содержанию и объёму шире последнего, т.к. может быть отнесено к любому Биогеоценозу, или экосистеме. Изредка термин «Б. п.» применяется по отношению к культурным сообществам (см. Агро-биоценоз (См. Агробиоценоз), Агрофитоценозы), производительность которых в большой мере — результат приложения общественного труда. Однако и природные наземные и водные экосистемы находятся под прямым или косвенным воздействием человека. Поэтому с ростом численности и научно-технической вооружённости человечества Б. п. всё более разнообразных экосистем отражает не только их исходные естественно-исторические особенности, но и результат влияний человека.

         Общей и адекватной мерой Б. п. служит продукция, но не биомасса сообщества или его компонентов. Биомасса отдельных видов или всего населения в целом может служить для оценки продукции и продуктивности только при сравнении экосистем одинаковой или сходной структуры и видового состава, но совершенно непригодна в качестве общей меры Б. п. Например, в результате высокой интенсивности Фотосинтеза одноклеточных водорослей планктона в наиболее продуктивных участках океана за год синтезируется на единицу площади примерно столько же органических веществ, сколько и в высокопродуктивных лесах, хотя их биомасса в сотни тысяч раз больше биомассы фитопланктона.

         Продукция каждой популяции за определённое время представляет собой сумму приростов всех особей, включающую прирост отделившихся от организмов образований и прирост особей, устранённых (элиминированных) по тем или иным причинам из состава популяции за рассматриваемое время. В предельном случае, если нет элиминации и все особи доживают до конца изучаемого периода, продукция равна приросту биомассы. Если же начальная (B₁) и конечная (B₂) биомассы равны, то это означает, что прирост компенсирован элиминацией, т. е. что при этом условии продукция (Р) равна элиминации (Е). В общем случае P=|B₂— B₁|+E.

         Иногда определённую таким образом продукцию называют «чистой продукцией», противопоставляя ей «валовую продукцию», в которую включают не только приросты, но и затраты на энергетический обмен. Термины «чистая» и «валовая продукция» укрепились по отношению к растениям. В приложении к животным «валовая продукция» представляет собой усвоенную пищу, или «ассимиляцию», а термин «продукция» употребляется в смысле чистой продукции.

         Продукцию автотрофных организмов (См. Автотрофные организмы), способных к фото- или хемосинтезу, называют первичной продукцией, а сами организмы — продуцентами. Основная роль в создании первичной продукции принадлежит зелёным растениям, высшим — на суше, низшим — в водной среде. Продукцию гетеротрофных организмов (См. Гетеротрофные организмы) обычно относят ко вторичной продукции, а сами организмы называют консументами. Все виды вторичной продукции возникают на основе утилизации вещества и энергии первичной продукции; при этом энергия, в отличие от вещества, многократно возвращающегося в круговорот, может быть использована для выполнения работы только один раз. Схематически сложные трофические связи можно представить в виде «потока энергии» через экосистему, т. е. ступенчатого процесса утилизации энергии солнечной радиации и вещества первичной продукции. Первый трофический уровень утилизации солнечной энергии составляют фотосинтезирующие организмы, создающие первичную продукцию, второй — потребляющие их растительноядные животные, третий — плотоядные животные, четвёртый — хищники второго порядка. Каждый последующий трофический уровень потребляет продукцию предыдущего, причём часть энергии потребленной и ассимилированной пищи идёт на нужды энергетического обмена и рассеивается. Поэтому продукция каждого последующего трофического уровня меньше продукции предыдущего (например, выход на основе одной и той же первичной продукции растительноядных животных всегда больше, чем живущих за их счёт хищников). Часто при переходе от низших трофических уровней к высшим снижается не только продукция, но и биомасса. Однако, в отличие от продукции, биомасса последующего уровня может быть и выше биомассы предыдущего (например, биомасса фитопланктона меньше суммарной биомассы всего живущего за его счёт животного населения океана). Видное место в механизме Б. п. занимают гетеротрофные микроорганизмы, которые утилизируют поступающее со всех трофических уровней мёртвое органическое вещество, частично минерализуя его, частично превращая в вещество микробных тел. Последние служат важным источником питания для многих водных (фильтраторы и детритофаги бентоса и планктона) и сухопутных (почвенная фауна) животных.