7.7. Принципи лімітування біопродукції. Управління продукційним процесом
Думка про те, що той чи інший екологічний фактор може стати критичним для життєдіяльності живих організмів, уперше була висловлена в 1840 році німецьким ученим Ю. Лібіхом. Спроможність деяких факторів навколишнього середовища обмежувати біопродукцію отримала назву закону Лібіха. Суть цього закону полягає в тому, що із загальної сукупності екологічних факторів, необхідних для життєдіяльності, в мінімумі може знаходитися якийсь один. Саме він і визначає верхню межу біопро-дукції, яка можлива в даних умовах. Лімітуючим може бути як абіотичний, так і біотичний (наприклад, чисельність шкідників) фактор.
Такий прямолінійний підхід до оцінки залежності продук-ційного процесу від екологічного середовища в реальному оточенні найчастіше не виправдовується. Ю. Одум застеріг, що в початковому формулюванні закон мінімуму немовби статичний. Насправді по мірі витрати ресурсів співвідношення між ними змінюється, і лімітуючий фактор уже перестає таким бути. Його може замінити будь-який інший. Сучасні екологи віддають перевагу розгляду комплексу лімітуючих біопродукцію факторів життя, який відповідає принципу сумісної дії на організм факторів життя, що був сформульований А. Мітчерліхом та Ё. Бауле.
Назва «закон мінімуму» невдала і в тому розумінні, що лімітувати біопродукцію може не тільки нестача ресурсу, але й надлишок будь-якого фактора. Наприклад, надлишок вуглекислого газу в атмосфері в кількості більше ніж 1-10% за об’ємом гальмує фотосинтез та знижує врожай.
Залежно від стану організму та умов його існування дія лімітуючого фактору змінюється. Біомаса та чисельність колорадського жука в якомусь районі можуть чітко лімітуватися площами, що зайняті картоплею. Але якщо в цьому районі вирощують баклажани та інші пасльонові культури, то площа посадки картоплі вже не буде лімітуючим фактором для колорадського
жука. Замінюваність ресурсів узагалі досить важлива для підтримки рівня біопродукції. Відомо, що ряд молюсків використовують для побудови своєї черепашки солі стронцію замість солей кальцію.
У цілому управління біопродукційним процесом можливе лише на основі чітких знань та використання законів, які лежать в основі цього явища. Біологічна продукція створюється тільки живими організмами, і оптимальними для її формування є такі умови, звичні для даного організму, до яких він добре адаптований. Цей комплекс умов має включати в себе в достатній, але не надлишковій кількості усі подільні ресурси та забезпечувати потреби організму в неподільних абіотичних та біотичних факторах. Управління біопродукцією не можна уявити без розуміння динамічного характеру зв’язку організмів зі своїм довкіллям. Той екологічний фон, що підтримує високий рівень біопродукцій-ного процесу на даній фазі росту та розвитку живих істот, уже недостатній на наступних фазах. Фактори, необхідні для приросту маси тіла особин, не збігаються з факторами, що забезпечують розмноження та збільшення чисельності рослин або тварин.
Вибір принципів керування продукційним процесом особливо важливий для сільськогосподарського виробництва. В історії людської цивілізації тут послідовно змінювалося кілька підходів. На першому етапі первісні люди задовольнялися тією біопродукцією, необхідною для їхнього існування, що давали природні екосистеми в процесі збирання і полювання. Невеликі масштаби таких вилучень не завдавали збитків природі, але й про якесь керування продукцією в природних екосистемах питання не стояло. На другому етапі, коли були окультурені основні рослини й одомашнений ряд видів тварин, склалися так звані сільські системи ведення господарства. У цих системах людина задовольнялася природним потенціалом культурних рослин і свійських тварин, а він був невеликий, і тому сільські системи годували й постачали сільськогосподарською сировиною тільки працюючих. Збереглися такі системи практично аж до епохи феодалізму. Зростання чисельності населення, розвиток промисловості й виникнення міст, жителі яких не займалися сільським господарством, призвело до того, що сільські системи виявилися недостатніми. На зміну їм на третьому етапі склався індустріально-технократичний тип розвитку сільського господарства з активним керуванням продукційним процесом. Перш за все методами селекції почали створюватися інтенсивні сорти рослин і породи тварин, продукційний потенціал яких різко зріс. Зросли й вимоги таких сортів і порід до умов вирощування і утримання. У сільське господарство прийшли мінеральні добрива, гормональні препарати, засоби хімзахисту, важка сільського-
сподарська техніка. Обсяги сільськогосподарського виробництва різко збільшилися. Але принцип максимізації віддачі від культурних рослин і домашніх тварин, покладений в основу індустріальних інтенсивних технологій, швидко себе вичерпав і призвів до розвитку багатьох негативних явищ у сільськогосподарській сфері й у природному середовищі. Тому з початку XXI століття сільське господарство постало перед необхідністю відмовитися від принципу максимізації продукціиного процесу та його заміни принципом оптимізації, суть якого полягає в тому, щоб узяти від свійських тварин і культурних рослин такий обсяг продукції і таким способом, щоб не руйнувати природне середовище планети.
Питання для самоперевірки
Поясніть суть автотрофного та гетеротрофного живлення живих організмів.
Яке походження має вільний кисень атмосфери Землі?
Які вам відомі живі організми за способом живлення?
Дайте чітке визначення, що таке первинна та вторинна продукція.
Наведіть кілька прикладів, коли біопродукція живих організмів визначається їхнім генотипом.
Що таке екологічний контроль розміру біопродукції?
Поясніть, як доступність території та вільного простору впливає на біопродуктивність рослин та тварин.
Назвіть основні форми взаємовідносин між організмами та наведіть 2-3 приклади кожної з форм.
9. Поясніть, що таке алелопатія. 10. У чому полягає суть гіпотези Геї?
Питання для обговорення
Чому людину слід вважати гетеротрофною істотою?
Які речовини служать їжею мікроорганізмам, рослинам та тваринам? Дайте порівняльну оцінку ефективності їхнього живлення.
Розгляньте проблему взаємної залежності живлення різних груп організмів та дайте оцінку масштабів цієї залежності.
Розгляньте корисність закону мінімуму щодо аналізу виробництва молока на молочній фермі.
Які причини, на вашу думку, лежать в основі того, що в природних умовах хижаки ніколи не знищують усі живі істоти, що є об’єктом їхнього харчування?
Біологічна та екологічна рівновага
8.1. БІОЛОГІЧНЕ РІЗНОМАНІТТЯ – ОСНОВА СТІЙКОГО ІСНУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ
Екологічною рівновагою називається такий стан екосистеми, при якому склад і біологічна продуктивність усіх її компонентів відповідають умовам середовища існування, зберігаються постійними протягом досить тривалого часу і повертаються до вихідного стану при випадкових відхиленнях від нього.
Однією з найважливіших умов екологічної рівноваги є наявність в екосистемі досить високого біологічного різноманіття. Усім екосистемам властиве біологічне різноманіття. За БМ. Мір-(1991), під біологічним різноманіттям розуміють «кількість видів в екосистемі (чи в співтоваристві) і кількісне співвідношення між цими видами». Р. Уїттекер (1980) розрізняв три категорії біологічного різноманіття:
а – різноманіття – видове різноманіття всередині окремої екосистеми. Воно обчислюється за кількістю видів живих організмів у ній.
ß – різноманіття – різноманіття набору екосистем в якомусь певному районі. Воно залежить від гетерогенності та строкатості місцеіснувань.
у – різноманіття – різноманіття ландшафтів.
Сучасний підхід до біорізноманіття значно глибший. Основними категоріями біорізноманіття слід вважати: а) різноманіття видів живих організмів, чи, точніше, різноманіття генотипів, б) різноманіття популяцій, якими представлений кожен вид, в) різноманіття особин усередині кожного виду, г) різноманіття індивідуальних організмів за віком, життєвим станом, статтю тощо, д) різноманіття синтаксонів у межах екосистем того чи іншого типу. Загальна схема класифікації категорій біологічного різноманіття наведена на рис. 8.1.
Особливу категорію різноманіття складають тимчасові ряди динаміки тієї чи іншої екосистеми. Так, процес поступового заростання ставка являє собою серію послідовних змін характеру цієї екосистеми, що теж є однією з форм біологічного різноманіття в природі.
Біорізноманіття залежить від неоднорідності території, на якій розміщена екосистема. На одноманітних рівнинах воно завжди невисоке, у гірських системах, завдяки поєднанню різних топографічних елементів, біорізноманіття найбагатше. Дуже високим є біорізноманіття також у тропічних лісах.
Установлено, що в трофічних ланцюгах спостерігається закономірність: чим більше автотрофних видів організмів, тим більше видів гетеротрофів, тобто біорізноманіття породжує біорізноманіття. З іншого боку, знищення одного автотрофного виду в співтоваристві веде до загибелі не менш ЗО видів різних гетеротрофних тварин, що були поєднані з цим видом харчовими зв’язками.
Таким чином, величина біологічного різноманіття виявляється гарним індикатором загального стану екосистем.
Біологічне різноманіття є універсальною формою мінливості живої матерії, формою її існування. Біорізноманіття – одна з об’єктивних цінностей природного середовища, це невідновний
ресурс біосфери і тому потребує активних заходів для збереження і підтримання.
У 1992 році була прийнята Міжнародна конвенція про збереження біологічного різноманіття на нашій планеті.
Труднощі практичних дій по збереженню біорізноманіття значною мірою випливають з того, що воно начебто не має комерційної вартості. Цінність природи, однаковою мірою не можуть визначити ні централізовано планована, ні ринкова економіка. Тільки в останні роки (С.Н. Бобилєв та ін., 1999) почато розробку концепції загальної комерційної цінності природи і в тому числі біорізноманіття. У цій концепції наголос робиться на врахування непрямих, регулюючих функцій біорізноманіття і його етичних і естетичних властивостей. Неокласична теорія економіки добробуту розглядає біорізноманіття в цьому випадку, по-перше, як об’єкт неспоживчої вартості, а по-друге, як відкладену альтернативу, яку розуміють як біологічний ресурс, що не має цінності в даний час, але набуде її в майбутньому. Можна оцінювати біорізноманіття і з погляду вартості існування, яке цілком можна оцінити експертним шляхом через готовність платити. Тоді загальна економічна вартість біорізноманіття (TEV) може розглядатися як сума прямої вартості використання (Dl/V), непрямої вартості використання (IUV) і вартості існування (EV), тобто
TEV – DUV + IUV + EV.