Что изучает социальная и прикладная экология
«Социальная и прикладная экология» является естественным продолжением «Общей экологии». Ее содержание ориентировано прежде всего на рассмотрение и анализ вопросов и проблем, обусловливаемых человеческой деятельностью и особенно в тот период, когда человек, по выражению В. И. Вернадского, стал действовать как мощная геологическая сила. Этот период в геологических масштабах времени, как известно, крайне непродолжителен, но исключительно значим по результатам действия на среду, населяющие ее организмы и биосферу в целом. Он связан в основном с промышленной революцией, начавшейся 150-200 лет назад и особенно с последними 20-30 годами научно-технической и информационной революций. Именно с этого времени термин «экология» стал широкоупотребляемым и ориентированным на человека и среду его обитания. В «Общей экологии» основное внимание уделяется природным (абиотическим и биотическим) факторам, их действию в естественных экосистемах. Известно, например, что если бы каждый житель Земли потреблял столько продовольствия, сколько потребляет средний американец, то его хватило бы не более чем на 2 млрд. населения. Это же относится и к другим ресурсам. Вклад США в загрязнения среды также не соизмерим с численностью населения. Располагая 6% мирового населения, США потребляют больше энергии, чем 2/3 населения Земли, проживающего в развивающихся странах. Энергетика же является одним из важнейших загрязнителей среды. Ясно, что если бы все страны вдруг достигли уровня США по способам и объемам производства продукции на душу населения, то биосфера вряд ли бы выдержала обрушившуюся на нее нагрузку. Из сказанного, однако, нельзя делать вывод, что решение современных экологических проблем возможно лишь через сохранение того уровня жизни, который характерен для развивающихся стран. Разрушение среды в этих странах тоже ускоряется из-за взрывообразного роста численности населения и использования примитивных технологий. Пресс на среду здесь обусловлен прямым уничтожением естественных экосистем (например, тропических лесов), быстрым истощением почв от чрезмерной их эксплуатации и низкого уровня агротехнической культуры. Эффективность решения этих и других вопросов прямо зависит от того, в какой степени применяемые меры согласуются с законами общей экологии. Люди должны осознать тот парадоксальный факт, что именно они - единственные разумные существа на Земле. Той биосферы, функционирование и устойчивость которой в течение нескольких миллиардов лет обеспечивались согласованной деятельностью многих неразумных живых существ. В этой связи противоречия между человеком и средой его обитания не могут быть сняты без основательных и разносторонних экологических знаний и без серьезных экономических затрат. Имеются, например, данные, что нейтрализация результатов отрицательной деятельности человека в биосфере, накопившихся только за последние 20 лет, требует затрат, уровень которых превышает ценности, производимые мировым сообществом в течение года. Такие компенсационные затраты с каждым годом увеличиваются, а круг вопросов, рассматриваемых в социальной и прикладной экологии, расширяется. В самом общем плане их можно объединить в три раздела:
1) специфика человека как биосоциального вида, его место и роль в биосфере и в экосистемах, масштабы воздействия на среду;
2) экологические проблемы, порождаемые деятельностью человека, их содержание, причины и следствия;
3) существующие и прогнозируемые пути и средства решения экологических проблем.
Из этого далеко не полного перечисления задач и проблем данного раздела экологии следует, что он тесно связан не только с общей экологией, но также с комплексом социальных (культура, экономика, социология, демография), естественных (биология, химия, география) и прикладных (природопользование, энергетика, градостроительство и др.) наук и учебных дисциплин. Основные процессы и вызываемые ими проблемы этого экологического блока находятся в состоянии динамики. Их изучение требует постоянного пополнения новыми материалами. Не исключена вероятность уточнения или пересмотра сложившихся взглядов и представлений.
В общей экологии, как отмечалось, основными объектами рассмотрения, изучения и анализа являются экосистемы. Экология, ориентированная на деятельность человека, чаще всего имеет дело либо с измененными человеком экосистемами (природно-антропогенными), либо с искусственно созданными объектами типа агроценозов, поселений, городов, производственных комплексов и т. п. Такие творения человека, как поля, сады, огороды и другие агросистемы хотя и содержат присущие природным экосистемам звенья (продуцентов, консументов, редуцентов), однако соотношение отдельных компонентов в них сильно нарушено. Эти образования не следует называть экосистемами, так как они не обладают такими важнейшими их свойствами, как сбалансированный круговорот веществ, саморегулирование, саморазвитие, динамика, запас прочности и т. п. Их правильнее называть агросистемами, агроценозами и т. п. Существование таких систем невозможно без вложения в них энергии человеком. Практически нет оснований относить к рангу экосистем и такие творения рук человеческих, как города, поселения, промышленные комплексы и др. Последние часто заменяются административно-государственными (селение, город, область, страна) границами. В качестве ТПК являются быть топливно-энергетические, например Канско-Ачинский в Красноярском крае на базе колоссальных запасов бурых углей; горнорудно-металлургический в Центральной России на базе руд Курской магнитной аномалии; лесопромышленные комплексы на севере и востоке страны - в районах интенсивного изъятия и переработки древесины и т. п. Всё эти понятия есть не что иное, как крупные экосистемы, выделяемые по определенным географическим критериям. С системных позиций интересно выделение объектов на основе потоков веществ или энергии. К системам такого типа обычно относят пониженные элементы рельефа (внутренние водоемы, болота, поймы рек, моря, океаны). Системы, сочетающие признаки названных выше типов, выделяются как промежуточные. Например, транзитно-аккумулятивные, эллювиально-аккумулятивные и др. По принципу преобладающего химизма либо потоков или круговоротов веществ выделяют обычно биогеохимические провинции и водосборные бассейны. Биогеохимические провинции выделяют по химическому составу образующих их геологических пород (граниты, гнейсы, песчаники, известняки и т. п.) либо по круговоротам или потокам веществ. Выделяются, например, провинции с повышенным или недостаточным содержанием кальция, йода, меди, магния, серы, хлоридов, сульфатов, соды и т. п. Избыток токсических элементов или недостаток биофильных нередко вызывает нарушение физиологических функций организмов, что приводит, например, к низкой продуктивности и специфическим болезням, таким как карликовый рост, зоб, рахит и др. Биогеохимические провинции имеют достаточно четкие границы, и им присущи все свойства экосистем. Их можно рассматривать как экосистемы, выделяемые по биогеохимическому принципу. Наиболее полно потоки веществ удается рассматривать в пределах водосборных бассейнов различного ранга - от элементарных (типа временных водотоков) до океанических. Бассейновый принцип выделения природных систем интересен в теоретическом и практическом отношениях. Это системы (экосистемы) с четкими границами, которые легко устанавливаются по характеру рельефа (топографическим картам). В них факторами, определяющими важнейшие процессы, являются вода и переносимые ею вещества. В. И. Вернадский считал, что в биосфере известно только «два основных источника подвижности химических элементов - живое вещество и природные воды». В конечном счете каков водосбор и какова деятельность на нем человека, таков и химический состав, качество и количество вод, поступающих с него в водоемы. Индикационную роль химического состава вод в пределах бас-сейновэдироко используют для оценки состояния территорий. Например, водосборный бассейн Волги занимает территорию, равную 70% европейской части России. Этот бассейн включает в себя тысячи бассейнов более мелких рек, вплоть до временных водотоков площадью в несколько квадратных метров. Каждый из этих бассейнов может использоваться как объект изучения и выявления мест и характера загрязнений, распространяющихся на более крупные реки. Широкое распространение, особенно в некоторых зарубежных странах, получил принцип «организации и ведения хозяйства по водосборным бассейнам». В их пределах экологические следствия различных видов деятельности человека анализируются через слежение за качеством воды в определенных частях водосборов и водных источников. В нашей стране до недавнего времени существовали комиссии (комитеты) по бассейнам отдельных рек (Волги, Десны, Урала, Дона и др.). Часто они создавались как межреспубликанские или межобластные. Через них координировалась деятельность различных административных и производственно-территориальных структур для решения конкретных водохозяйственных и других задач природопользования.
Некоторые положения (законы, правила, принципы), используемые в социальной и прикладной экологии
Для социально-прикладной, как й для общей экологии, системность является непременным условием рассмотрения явлений и уменьшения вероятности экологических ошибок при различных видах деятельности. Наряду с глубокими и разносторонними знаниями о закономерностях функционирования экосистем, системность требует использования общеэкологических положений (законов, правил, закономерностей), сформулированных к настоящему времени. Такие положения, относящиеся к разделу общей экологии, рассмотрены в первой части работы. Там же представлены экологические законы Б. Коммонера. Все они в равной мере важны для экологии, ориентированной на человека. Ниже дополнительно рассматривается ряд положений, имеющих существенное значение прежде всего для социальной и прикладной экологии. Часть этих положений позаимствовано из других наук (физики, химии), другие сформулированы экологами (В. И. Вернадский, Н. Ф. Реймерс, Б. Коммонер).
1. Принцип целостного (комплексного) рассмотрения явлений, или холизма. Редукционистский подход используется в основном для решения задач с четко заданными параметрами. Холистический - это основа при рассмотрении природных явлений со свойственными им многочисленными связями и взаимозависимостями. Известный американский эколог Б. Коммонер считает, что сложность решения экологических проблем, в конечном счете, связана с тем, что происходящие в экосфере (экосистемах, биосфере) процессы выходят за рамки наших обычных редукционистских представлений. Человек привык рассматривать отдельно взятые единичные события, каждое из которых имеет, как правило, единственную причину. В экосфере же каждое событие - это одновременно и причина для возникновения других. Например, отходы животноводства - это пища для бактерий, а продукты жизнедеятельности бактерий включаются в питание растений, растения поедают животные, и круг замыкается. В техносфере такие циклы, как правило, отсутствуют. Производимый продукт используется один раз, а в дальнейшем он не участвует в его повторном получении. Такими действиями люди «.. разомкнули круг жизни, превратив его бесчисленные циклы в линейные цепи искусственных собьпий...» Результат этого - отходы и загрязнения. Приведем некоторые примеры издержек одностороннего (редукционистского) рассмотрения системных явлений. Давно уже было замечено, что органические вещества (например, содержащиеся в бытовых стоках) являются причиной зарастания водоемов, размножения в них водорослей («цветения»Х последующего обеднения кислородом и потери водами потребительских свойств. Была поставлена предельно четкая задача - исключить сброс в водные источники органических веществ. Казалось, что задача решена посредством разложения органики до исходных химических элементов или их соединений. Однако сбрасываемые после очистки стоки через,некоторое время давали тот же результат, что и стоки неочищенные. Потребовалось время, чтобы выяснить, что причиной цветения являлись высвободившиеся из органических веществ азот и фосфор. Именно они создают условия для образования нового органического вещества, но уже в водной экосистеме, обогащая ее недостающими химическими элементами. Это обусловило интенсивное размножение и рост автотрофных организмов - водорослей и высших растений. Последние, в свою очередь, после гибели стали выполнять в воде ту же функцию, которая была связана со стоками органических веществ. В итоге нужно было освободить сточные воды не только от органических, но и от минеральных веществ. Системный же (холистический) подход позволяет проводить очистку одноразово, в том числе биологическими методами, посредством удобрения стоками фитоценозов суши, где азот и фосфор поглощаются выращиваемыми растениями, включаются в цепи питания и биологические круговороты. Примерно такой же экологический эффект имел место при замене традиционных моющих средств (мыло) синтетическими детергентами.- Основное внимание при оценке последних уделяли влиянию на человека моющих свойств при бытовом контакте. Учитывая отсутствие ядовитых свойств и быструю разлагаемость в среде детергентов, полагали, что, попадая в воду, они не причинят ей вреда. Результат оказался также неожиданным. Детергенты стали важнейшим поставщиком фосфора в водные системы, фактором эвтрофикации, цветения и порчи воды. Развитие автотрофных организмов в водах («цветение») под влиянием азота и фосфора связано с тем, что в чистой воде эти элементы являются факторами, находящимися в минимуме. Недостаток фосфора является следствием его малого содержания не только в воде, но и на суше. Сложнее с азотом, запасы которого в почвенном гумусе колоссальны (около 20% от его содержания в атмосфере). Между тем природные экосистемы никогда не поставляли в водные системы излишков азота. Дело в том, что на суше азот входит в сложные и труднорастворнмые химические соединения гумуса почв. Растения могут потреблять такой азот только после высвобождения микроорганизмами в виде усвояемых (нитратных) форм. Жизнедеятельность микроорганизмов, в свою очередь, интенсифицируется самими растениями, в частности, корневыми выделениями. Следовательно, высвобождение почвенного азота строго дозировано и контролируется потреблением растений. С содержанием гумуса, а следовательно, и азота в почвах связаны их физические свойства (воздухообеспеченность, водопроницаемость и т. п.). Чем больше гумуса, тем благоприятнее эти свойства и тем лучше условия для жизнедеятельности организмов. По мере потребления гумуса физические свойства почв ухудшаются и, следовательно, замедляются процессы высвобождения азота. Другими словами, срабатывают механизмы отрицательной обратной связи, обеспечивающие сохранение основного фактора плодородия почв- гумуса и содержащихся в нем питательных веществ. Иное дело - азот минеральных удобрений. Он ни в какие структуры не входит, чужд экосистемам. Поэтому значительная доля его улетучивается в атмосферу в результате процессов денитрификации (высвобождение микроорганизмами до свободного состояния), либо поступает в водоемы со стекающими водами. В случае азота почв мы имеем дело со сложными природными системами, во втором - с простейшими физико-химическими явлениями. Редукционистский подход ориентирован обычно на решение технических вопросов и получение более дешевых изделий. Следует, однако, помнить, что цена изделий все больше зависит от затрат на нейтрализацию отрицательных экологических последствий от их получения и использования. Если эти расходы игнорируются или недоучитываются, тогда успех новых технологий становится иллюзорным.
2.Принцип природных цепных реакций. Цепные реакции могут вызываться различными вмешательствами в экосистемы. Их понимание - краеугольный камень научного природопользования. Не будет преувеличенным утверждение, что успех человеческой деятельности в природных системах, ее экологичность, результативность прогнозирования и вероятность предотвращения неблагоприятных последствий зависят от того, насколько полны представления о природных цепных реакциях, их причинах и следствиях, возможностях предвидения и предотвращения. Для прикладной экологии понятие «природные цепные реакции» столь же значимо, масштабно и разносторонне, как для общей экологии аналогичные представления о цепях питания либо экологических нишах. Приведем некоторые примеры природных цепных реакций:
- исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным плодоношение определенных видов растений. Это, в свою очередь, ведет к нарушению жизнедеятельности или исчезновению животных, питающихся данными растениями, а следовательно, и других видов, входящих в цепи питания (хищников, паразитов и т. п.). Конечный результат - разрушение цепей питания, обеднение экосистем, снижение их устойчивости;
- азот и фосфор в виде нитратов и фосфатов - важнейшие элементы жизнедеятельности организмов. Но, как отмечалось выше, увеличение их содержания в водной среде (прежде всего в результате смыва минеральных удобрений с полей) ведет к интенсивному размножению водорослей, особенно сине-зеленых (цианобактерий). Разложение органических веществ - продуктов жизнедеятельности водорослей - приводит к потере кислорода водой и превращению водной экосистемы в болотную;
- температура- важнейший экологический фактор. Однако повышение температуры водной среды ведет к тепловому загрязнению, а затем к смене диатомовых водорослей зелеными, а последних - цианобактериями, с конечным результатом накопления мертвого органического вещества и следствиями, перечисленными в предыдущем примере;
- результатом вырубок северных лесов является уплотнение почв техникой и накопление воды на ее поверхности. Далее срабатывает действие положительных обратных связей: поселяются и разрастаются растения-влагонакопители (сфагновые и Другие мхи), что, в свою очередь, имеет следствием превращение лесных земель в болотные, потерю ими продуктивности.
Другие следствия рубок леса и уплотнения почв - ухудшение впитывания влаги осадков и питания грунтовых вод. За этим следует исчезновение родников, обмеление рек летом и зимой при резком увеличении их водности и разрушительных паводков (за счет стока поверхностных вод) в периоды снеготаяния и ливневых дождей. Кроме наводнений, результатом паводков является обогащение вод продуктами эрозии почв, заиление русел, химическое и тепловое загрязнение, обеднение кислородом и разрушение экосистем.
3. 3акон снижения энергетической эффективности природопользования. С течением времени по мере возрастания разбалансированности систем получение из них одних и тех же объемов продукции требует все больших затрат энергии. Вмешательство в природные процессы (распашка земель, рубки леса на больших площадях, нарушение влагооборотов и химизма вод и др.) практически всегда сопровождается экологическим и экономическим ущербом. Хотя на первых порах удается получить кратковременный, а по сути своей мнимый положительный экономический эффект. Антитезой жесткому является мягкое вмешательство в природные процессы. Оно базируется на использовании естественных сил природы и саморегуляции процессов в экосистемах. Такой тип природопользования не возможен без всесторонней информации об экосистемах и свойственных им процессах. Однако и при наличии разносторонних сведений об экосистемах надо считаться с общеэкологическим положением, которое получило название «принцип неполноты информации об экосистемах».
4. Принцип неполноты информации об экосистемах. Согласно данному принципу, наши знания об экосистемах практически всегда недостаточны. Это объясняется многокомпонентностью экосистем, большим числом связей и взаимозависимостей, динамикой процессов и т. п. В результате этого каждая экосистема по-своему индивидуальна. По этим же причинам к экосистемам практически не применим принцип аналогий. При осуществлении любого проекта обязательно требуются дополнительные исследования, выявляющие специфические свойства экосистем. Действие данного принципа рассмотрим на примере смоговых явлений. Известно, что важнейшим условием образования классического, или лондонского, смога является отсутствие прямой солнечной радиации (туманные явления). Ранее было известно, что при солнечной погоде смог невозможен. Между тем смоговые явления начали регистрироваться в городах с большим количеством солнечной радиации; чаще всего в условиях субтропиков. Такой смог получил название фотохимический или, по месту регистрации, -лос-анджелесский. Лондонский смог является результатом простого перенасыщения влажного воздуха ядовитыми веществами. В основе лос-анджелесского смога лежит образование новых веществ в атмосфере - перокснацетилнитратов, озона и других в результате фотохимических реакций. В первом и втором случаях источники и причины смога сходны (продукты неполного сгорания органического топлива), но результаты различны. При фотохимическом смоге образуются более вредные вещества, они в значительной степени поражают дыхательные пути, снижают видимость (коричневый туман), выпадают в виде клейкой жидкости и др. С принципом неполноты информации связаны многочисленные издержки осуществления проектов, в том числе и крупных, связанных с вмешательством в природные системы. К ним, например, относятся неудачные попытки перенесения в засушливые условия степной зоны систем земледелия, разработанных в лесной зоне. В качестве такой системы можно назвать травопольную. Под ней понимается использование травосмесей для восстановления плодородия почв, истощенных сельскохозяйственными культурами. Однако такая система в южных районах не дала положительного результата из-за хронического недостатка влаги. Такие ошибки далеко не единичны. Некоторые из них (издержки степного лесоразведения) приводятся при рассмотрении следующего принципа, а также в других разделах работы.
5. Принцип обманчивого благополучия. Реальные результаты обычно проявляются лишь после периода прохождения цепных реакций. Продолжительность периодов цепных реакций зависит от степени динамичности факторов среды, продолжительности жизни видов и создаваемых сообществ, а также от других факторов. Известно, например, что со временем меняют свой знак на противоположный результаты уничтожения хищников, внедрения новых видов в экосистемы (интродукция), увлечения применением ядохимикатов и т. п. Особенно показательны в этом отношении примеры со степным лесоразведением. Хороший рост молодых растений здесь нередко сменяется резким его ухудшением и даже гибелью в более старшем возрасте (чаще всего 15-20-летнем). Этот возраст получил название «критического». Исследования показали, что причины неудач связаны с недоучетом свойственной степным условиям высокой динамичности влагообеспеченности. Она относительно благоприятна в первые годы жизни растений, когда их погребность во влаге невелика, и резко ухудшается с момента перехода растений от индивидуальной жизни к сообществу. Последнее имеет место при смыкании надземных и подземных органов. К этому времени используются резервные запасы влаги из почв, а потребность растений в ней достигает значений, близких к максимальным. В тех случаях, когда лимитирующий фактор (влага) и специфические особенности жизнедеятельности растений в условиях степи (исключительно интенсивный рост в первые годы жизни) учитываются, возникающие противоречия в значительной мере снимаются своевременным вмешательством человека. Среди них разреживание посадок в предкритическом возрасте, оставление резервных пространств без растений («магазинов влаги») и другие мероприятия.
6. Правила одного и десяти процентов. Эти правила, несмотря на их относительность и большое количество исключений, могут использоваться в качестве определенных придержек в природопользовании и при оценке различных видов антропогенных воздействий на среду и экосистемы. Вместе с тем Н. Ф. Реймерс отмечает, что 1 % - это очень оптимистичная и пока недостаточно обоснованная константа. Поэтому надо руководствоваться значениями примерно на порядок меньше (0,1 %).
7. Правило десяти процентов. Это правило распространено на природопользование из общей экологии, (если животное потребляет с пищей 100 ккал энергии, то только 10 ккал можно найти сконцентрированными в теле животного, а 90% энергии рассеивается). Применительно к природопользованию это значит, что из экосистем нельзя единовременно, обычно за год, изымать более 10% возобновимого ресурса: из рек - годового стока воды, из лесов - биомассы, из популяций - численности особей и т. п. Повторное изъятие массы возможно только после восстановления ее до исходных значений. Это правило в ряде случаев имеет очень относительный характер. Например, при взрыве численности особей в популяциях их можно изымать в несколько раз больше, чем 10%, а в период низкой численности, или депрессий, потребление должно быть нулевым.
8. Принцип оптимальности. В соответствии с этим принципом любая система, в том числе и экологическая, с наибольшей эффективностью работает в четких пространственно-временных пределах. Иначе - никакая система не может сужаться и расширяться до бесконечности. Размер должен соответствовать функциям. Чтобы рожать живых детенышей, млекопитающее не может быть ни микроскопически малым, ни чрезмерно большим. И то и другое ведет к срывам, невозможности рождения жизнеспособного потомства. Это же относится и к экосистемам. Гигантские однородные системы менее устойчивы, чем несколько систем более мелких на этом же пространстве. Например, более вероятна гибель от пожаров, насекомых или грибных болезней экосистем (лесных, луговых и др.), представленных крупными однородными массивами, чем экосистем, представленных чередованием разных сообществ на этих же площадях: лесных, травянистых. По этой же причине в крупных городах (системах) функциональные срывы, например стрессы, намного вероятнее, чем в малых. Существует прогностический афоризм - «Любой гигантизм - начало конца». В качестве других примеров можно назвать распад империй, вымирание динозавров, низкую устойчивость предприятий-гигантов и др.
9. Правило островного измельчания видов. Это правило отражает закономерность, согласно которой обитающие на небольших островах животные одних и тех же видов меньше, чем таковые на материках. Из этого следует важный прикладной аспект: территории для охраны или восстановления численности видов или популяций, заповедники, заказники и другие охраняемые объекты должны иметь такие размеры, чтобы они не вели к измельчению видов, а следовательно, и к потере ими жизнестойкости. 10. Принцип накопления загрязнителей в цепях питания («накопительный эффект», «биоаккумуляция»). Влияние загрязняющих веществ на организмы и экосистемы во многом обусловливается таким явлением, как «накопительный эффект в цепях питания». Механизм его в общих чертах связан с тем, что объем поедаемой организмом пищи в течение всей жизни или отдельных периодов значительно превышает объем самого организма. Загрязняющие же вещества не во всех случаях полностью выводятся из организмов. Поэтому в их телах на каждом следующем трофическом уровне создаются более высокие концентрации загрязняющих веществ. Биоаккумуляция-это одно из проявлений концентрационной функции живых организмов (живого вещества, по В. И. Вернадскому). Прогрессирующая биоаккумуляция связана также с тем, что с повышением трофических уровней, как правило, увеличиваются размеры организмов и продолжительность их жизни. Вместе с тем замедляются процессы обмена веществ (вспомним правило соотношения объемов и поверхностей), а следовательно, и скорость их выведения из организма. В наибольшей степени «накопительный эффект» свойственен стойким загрязнителям - тяжелым металлам, хлорорганическим и другим соединениям. Так, особенно много данных имеется по биоаккумуляции ДДТ. Если концентрацию этого ядохимиката вводной среде принять за единицу, то в микроводорослях и бактериях она составляет 20-100 единиц, в теле личинок комара 500-10000 единиц, в рыбах- 5-12 тыс. единиц, а в птицах, питающихся рыбой 30-100 тыс. единиц. Поскольку человек значительное количество пищи получает с конечных звеньев цепей питания, то он выступает четко выраженным потребителем и биоаккумулятором загрязняющих веществ. Такое явление образно называют «экологическим бумерангом». Он выражается в том, что, загрязняя среду, человек в наибольшей степени и получает продукты этого загрязнения. Бионакопление в общих чертах идет по закономерностям, противоположным рассеиванию энергии в цепях питания. Наиболее интенсивен «накопительный эффект» у водных организмов и у организмов, питающихся гидробионтами. Такое явление связано с тем, что гидробионты, например рыбы, получают загрязняющие вещества не только с пищей, но и из воды в процессе дыхания. Активными биоаккумуляторами являются лишайники и некоторые мхи. Основной причиной такого свойства яатяется активное поглощение веществ из окружающей среды всем телом, крайне замедленный метаболизм, а следовательно, и слабое выведение загрязнителей из организма. По этой причине лишайники широко используются как индикаторы загрязнения среды. Например, радиоактивного цезия в теле лишайников тундр содержится в тысячи раз больше, чем в среде, с которой они контактируют. Соответственно повышенные концентрации цезия, как и других загрязнителей, содержатся в мясе оленей, питающихся лишайниками. Интенсивная биоаккумуляция загрязнителей часто связана с отдельными органами и тканями. Так, ДДТ и другие хлорорганические соединения интенсивно накапливаются в жировых тканях (подкожной клетчатке, мозге, половых железах). По мере использования жировых отложений (похудения) концентрация загрязнителей заметно увеличивается. Накапливаясь в половых железах, загрязнители могут не оказывать существенного отрицательного влияния на взрослые особи, но прерывать размножение и приводить к гибели целые популяции. Установлено, например, что под действием ДДТ в крови птиц может снижаться содержание стероидных гормонов, ответственных за образование яичной скорлупы, что нарушает ее прочность и является препятствием для высиживания птенцов. По этой причине в США совершенно перестал размножаться сокол сапсан.
11. Принцип самоочищения экосистем. Эту способность обычно характеризуют через потенциал разложения. Под ним понимают свойство экосистем или среды без саморазрушения разлагать чужеродные природные или антропогенные вещества и включать их в круговороты. Самоочистительная способность свойственна всем элементам среды: воздуху, водам и почвам. Вместе с тем механизмы самоочистительной способности в них существенно различаются. Именно благодаря этим свойствам попадающие в атмосферу посторонние вещества (загрязнители) под влиянием силы тяжести либо вследствие перемешивания воздушных масс в конечном счете попадают в другие звенья экосистем (воду или почву), где включаются в процессы круговорота. Атмосфера очищается также под влиянием озона, ультрафиолетовых лучей, из-за вымывания атмосферными осадками, фотохимических реакций и некоторых других механизмов. Застойные явления типа штилевой погоды резко снижают самоочистительную способность атмосферы, вплоть до образования смогов. Системы, бедные жизнью (олиготрофные), например тундровые, внутренних вод океана, холодных озер (например, оз. Байкал и др.), характеризуются низким потенциалом разложения и пониженной способностью самоочищения. В то же время богатые (эвтрофные), насыщенные жизнью системы характеризуются значительным потенциалом разложения и самоочистки (реки с естественным режимом, прибрежные части океана и т. п.). Загрязнение или нарушение свойственного среде режима обычно подавляет ее способность к самоочищению. Рассмотрим специфику этих явлений применительно к водной и почвенной средам. Водная среда наиболее чувствительна к таким воздействиям. Связано это с факторами, которые быстро переходят в состояние лимитирующих. К ним относится кислород. Его содержание может уменьшиться до запредельно низких значений в результате повышения температуры, переобогащения биогенными или органическими веществами. В первом случае уменьшается растворимость кислорода, во втором обеднение связано с несбалансированным увеличением численности организмов-редуцентов, потребляющих кислород. По этой причине водная среда используется для нейтрализации загрязняющих веществ только при условии постоянного обогащения кислородом (аэрирования). Пониженная способность водной среды к самоочищению часто связана также с загрязнениями токсичными веществами, под влиянием которых гибнут основные агенты самоочищения - живые организмы. В последнее время в качестве фактора снижения или потери водами самоочистительной способности выступает повышенная их кислотность, обусловленная атмосферными осадками или другими факторами. Почвы, по сравнению с водами, обладают несравненно более высоким потенциалом самоочищения. Их богатство органическими и биогенными веществами, в отличие от вод, практически всегда является положительным фактором самоочистки. Способность почв к самоочищению снижается при их уплотнении, загрязнении стойкими ядовитыми веществами (тяжелые металлы, пестициды типа ДДТ), при избытке влаги и изменениях кислотности. Низкая самоочистительная способность свойственна искусственно созданной среде («третьей природе»), характерной для промышленных и городских территорий, жилых и других помещений. Этой среде присуще комплексное загрязнение химическими, биологическими, шумовыми и другими агентами. Имеются данные, что только организм человека выделяет до 400 веществ различной природы. Факторами загрязнения выступают также строительные материалы, бытовая пыль, продукты приготовления пищи, сжигание газа, различные испарения и т. п.
12. Понятие о предельно допустимых концентрациях (ПДК) загрязнения сред. К настоящему времени разработаны ПДК основных загрязняющих веществ для воздуха, вод, производственных и бытовых помещений, продуктов питания, почв, многих строительных и других материалов, с которыми контактирует человек. Ведется разработка ПДК для растений (растительности) и животного мира. Для воздуха различают обычно максимальные разовые (кратковременные) и среднесуточные значения ПДК. Первые заметно превышают вторые, иногда на порядок и более. В отдельных странах ПДК нередко существенно различаются. Это свидетельствует о значительном субъективизме при подходе к их установлению. Имеются совершенно справедливые высказывания, что для некоторых наиболее опасных загрязнителей (канцерогенов, мутагенов и др.) значения ПДК не должны ничем отличаться от естественного содержания этих веществ в среде. Наряду с национальными ПДК существуют международные, рекомендуемые Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). Они близки к усредненным межнациональным. По мере накопления сведений о тех или иных загрязняющих веществах значения ПДК время от времени пересматриваются и изменяются, как правило, в сторону ужесточения. Имеются методики для приведения значений нескольких загрязняющих веществ к единому показателю (индекс загрязнения). Так, для воздуха концентрации разных веществ приводят к концентрации двуокиси серы. При этом учитывается содержание в среде того или иного вещества, его токсичность, продолжительность действия, степень устойчивости и другие параметры.
«Социальная и прикладная экология» является естественным продолжением «Общей экологии». Ее содержание ориентировано прежде всего на рассмотрение и анализ вопросов и проблем, обусловливаемых человеческой деятельностью и особенно в тот период, когда человек, по выражению В. И. Вернадского, стал действовать как мощная геологическая сила. Этот период в геологических масштабах времени, как известно, крайне непродолжителен, но исключительно значим по результатам действия на среду, населяющие ее организмы и биосферу в целом. Он связан в основном с промышленной революцией, начавшейся 150-200 лет назад и особенно с последними 20-30 годами научно-технической и информационной революций. Именно с этого времени термин «экология» стал широкоупотребляемым и ориентированным на человека и среду его обитания. В «Общей экологии» основное внимание уделяется природным (абиотическим и биотическим) факторам, их действию в естественных экосистемах. Известно, например, что если бы каждый житель Земли потреблял столько продовольствия, сколько потребляет средний американец, то его хватило бы не более чем на 2 млрд. населения. Это же относится и к другим ресурсам. Вклад США в загрязнения среды также не соизмерим с численностью населения. Располагая 6% мирового населения, США потребляют больше энергии, чем 2/3 населения Земли, проживающего в развивающихся странах. Энергетика же является одним из важнейших загрязнителей среды. Ясно, что если бы все страны вдруг достигли уровня США по способам и объемам производства продукции на душу населения, то биосфера вряд ли бы выдержала обрушившуюся на нее нагрузку. Из сказанного, однако, нельзя делать вывод, что решение современных экологических проблем возможно лишь через сохранение того уровня жизни, который характерен для развивающихся стран. Разрушение среды в этих странах тоже ускоряется из-за взрывообразного роста численности населения и использования примитивных технологий. Пресс на среду здесь обусловлен прямым уничтожением естественных экосистем (например, тропических лесов), быстрым истощением почв от чрезмерной их эксплуатации и низкого уровня агротехнической культуры. Эффективность решения этих и других вопросов прямо зависит от того, в какой степени применяемые меры согласуются с законами общей экологии. Люди должны осознать тот парадоксальный факт, что именно они - единственные разумные существа на Земле. Той биосферы, функционирование и устойчивость которой в течение нескольких миллиардов лет обеспечивались согласованной деятельностью многих неразумных живых существ. В этой связи противоречия между человеком и средой его обитания не могут быть сняты без основательных и разносторонних экологических знаний и без серьезных экономических затрат. Имеются, например, данные, что нейтрализация результатов отрицательной деятельности человека в биосфере, накопившихся только за последние 20 лет, требует затрат, уровень которых превышает ценности, производимые мировым сообществом в течение года. Такие компенсационные затраты с каждым годом увеличиваются, а круг вопросов, рассматриваемых в социальной и прикладной экологии, расширяется. В самом общем плане их можно объединить в три раздела:
1) специфика человека как биосоциального вида, его место и роль в биосфере и в экосистемах, масштабы воздействия на среду;
2) экологические проблемы, порождаемые деятельностью человека, их содержание, причины и следствия;
3) существующие и прогнозируемые пути и средства решения экологических проблем.
Из этого далеко не полного перечисления задач и проблем данного раздела экологии следует, что он тесно связан не только с общей экологией, но также с комплексом социальных (культура, экономика, социология, демография), естественных (биология, химия, география) и прикладных (природопользование, энергетика, градостроительство и др.) наук и учебных дисциплин. Основные процессы и вызываемые ими проблемы этого экологического блока находятся в состоянии динамики. Их изучение требует постоянного пополнения новыми материалами. Не исключена вероятность уточнения или пересмотра сложившихся взглядов и представлений.
Некоторые понятия и термины, применяемые в социальной и прикладной экологии
В общей экологии, как отмечалось, основными объектами рассмотрения, изучения и анализа являются экосистемы. Экология, ориентированная на деятельность человека, чаще всего имеет дело либо с измененными человеком экосистемами (природно-антропогенными), либо с искусственно созданными объектами типа агроценозов, поселений, городов, производственных комплексов и т. п. Такие творения человека, как поля, сады, огороды и другие агросистемы хотя и содержат присущие природным экосистемам звенья (продуцентов, консументов, редуцентов), однако соотношение отдельных компонентов в них сильно нарушено. Эти образования не следует называть экосистемами, так как они не обладают такими важнейшими их свойствами, как сбалансированный круговорот веществ, саморегулирование, саморазвитие, динамика, запас прочности и т. п. Их правильнее называть агросистемами, агроценозами и т. п. Существование таких систем невозможно без вложения в них энергии человеком. Практически нет оснований относить к рангу экосистем и такие творения рук человеческих, как города, поселения, промышленные комплексы и др. Последние часто заменяются административно-государственными (селение, город, область, страна) границами. В качестве ТПК являются быть топливно-энергетические, например Канско-Ачинский в Красноярском крае на базе колоссальных запасов бурых углей; горнорудно-металлургический в Центральной России на базе руд Курской магнитной аномалии; лесопромышленные комплексы на севере и востоке страны - в районах интенсивного изъятия и переработки древесины и т. п. Всё эти понятия есть не что иное, как крупные экосистемы, выделяемые по определенным географическим критериям. С системных позиций интересно выделение объектов на основе потоков веществ или энергии. К системам такого типа обычно относят пониженные элементы рельефа (внутренние водоемы, болота, поймы рек, моря, океаны). Системы, сочетающие признаки названных выше типов, выделяются как промежуточные. Например, транзитно-аккумулятивные, эллювиально-аккумулятивные и др. По принципу преобладающего химизма либо потоков или круговоротов веществ выделяют обычно биогеохимические провинции и водосборные бассейны. Биогеохимические провинции выделяют по химическому составу образующих их геологических пород (граниты, гнейсы, песчаники, известняки и т. п.) либо по круговоротам или потокам веществ. Выделяются, например, провинции с повышенным или недостаточным содержанием кальция, йода, меди, магния, серы, хлоридов, сульфатов, соды и т. п. Избыток токсических элементов или недостаток биофильных нередко вызывает нарушение физиологических функций организмов, что приводит, например, к низкой продуктивности и специфическим болезням, таким как карликовый рост, зоб, рахит и др. Биогеохимические провинции имеют достаточно четкие границы, и им присущи все свойства экосистем. Их можно рассматривать как экосистемы, выделяемые по биогеохимическому принципу. Наиболее полно потоки веществ удается рассматривать в пределах водосборных бассейнов различного ранга - от элементарных (типа временных водотоков) до океанических. Бассейновый принцип выделения природных систем интересен в теоретическом и практическом отношениях. Это системы (экосистемы) с четкими границами, которые легко устанавливаются по характеру рельефа (топографическим картам). В них факторами, определяющими важнейшие процессы, являются вода и переносимые ею вещества. В. И. Вернадский считал, что в биосфере известно только «два основных источника подвижности химических элементов - живое вещество и природные воды». В конечном счете каков водосбор и какова деятельность на нем человека, таков и химический состав, качество и количество вод, поступающих с него в водоемы. Индикационную роль химического состава вод в пределах бас-сейновэдироко используют для оценки состояния территорий. Например, водосборный бассейн Волги занимает территорию, равную 70% европейской части России. Этот бассейн включает в себя тысячи бассейнов более мелких рек, вплоть до временных водотоков площадью в несколько квадратных метров. Каждый из этих бассейнов может использоваться как объект изучения и выявления мест и характера загрязнений, распространяющихся на более крупные реки. Широкое распространение, особенно в некоторых зарубежных странах, получил принцип «организации и ведения хозяйства по водосборным бассейнам». В их пределах экологические следствия различных видов деятельности человека анализируются через слежение за качеством воды в определенных частях водосборов и водных источников. В нашей стране до недавнего времени существовали комиссии (комитеты) по бассейнам отдельных рек (Волги, Десны, Урала, Дона и др.). Часто они создавались как межреспубликанские или межобластные. Через них координировалась деятельность различных административных и производственно-территориальных структур для решения конкретных водохозяйственных и других задач природопользования.
Некоторые положения (законы, правила, принципы), используемые в социальной и прикладной экологии
Для социально-прикладной, как й для общей экологии, системность является непременным условием рассмотрения явлений и уменьшения вероятности экологических ошибок при различных видах деятельности. Наряду с глубокими и разносторонними знаниями о закономерностях функционирования экосистем, системность требует использования общеэкологических положений (законов, правил, закономерностей), сформулированных к настоящему времени. Такие положения, относящиеся к разделу общей экологии, рассмотрены в первой части работы. Там же представлены экологические законы Б. Коммонера. Все они в равной мере важны для экологии, ориентированной на человека. Ниже дополнительно рассматривается ряд положений, имеющих существенное значение прежде всего для социальной и прикладной экологии. Часть этих положений позаимствовано из других наук (физики, химии), другие сформулированы экологами (В. И. Вернадский, Н. Ф. Реймерс, Б. Коммонер).
1. Принцип целостного (комплексного) рассмотрения явлений, или холизма. Редукционистский подход используется в основном для решения задач с четко заданными параметрами. Холистический - это основа при рассмотрении природных явлений со свойственными им многочисленными связями и взаимозависимостями. Известный американский эколог Б. Коммонер считает, что сложность решения экологических проблем, в конечном счете, связана с тем, что происходящие в экосфере (экосистемах, биосфере) процессы выходят за рамки наших обычных редукционистских представлений. Человек привык рассматривать отдельно взятые единичные события, каждое из которых имеет, как правило, единственную причину. В экосфере же каждое событие - это одновременно и причина для возникновения других. Например, отходы животноводства - это пища для бактерий, а продукты жизнедеятельности бактерий включаются в питание растений, растения поедают животные, и круг замыкается. В техносфере такие циклы, как правило, отсутствуют. Производимый продукт используется один раз, а в дальнейшем он не участвует в его повторном получении. Такими действиями люди «.. разомкнули круг жизни, превратив его бесчисленные циклы в линейные цепи искусственных собьпий...» Результат этого - отходы и загрязнения. Приведем некоторые примеры издержек одностороннего (редукционистского) рассмотрения системных явлений. Давно уже было замечено, что органические вещества (например, содержащиеся в бытовых стоках) являются причиной зарастания водоемов, размножения в них водорослей («цветения»Х последующего обеднения кислородом и потери водами потребительских свойств. Была поставлена предельно четкая задача - исключить сброс в водные источники органических веществ. Казалось, что задача решена посредством разложения органики до исходных химических элементов или их соединений. Однако сбрасываемые после очистки стоки через,некоторое время давали тот же результат, что и стоки неочищенные. Потребовалось время, чтобы выяснить, что причиной цветения являлись высвободившиеся из органических веществ азот и фосфор. Именно они создают условия для образования нового органического вещества, но уже в водной экосистеме, обогащая ее недостающими химическими элементами. Это обусловило интенсивное размножение и рост автотрофных организмов - водорослей и высших растений. Последние, в свою очередь, после гибели стали выполнять в воде ту же функцию, которая была связана со стоками органических веществ. В итоге нужно было освободить сточные воды не только от органических, но и от минеральных веществ. Системный же (холистический) подход позволяет проводить очистку одноразово, в том числе биологическими методами, посредством удобрения стоками фитоценозов суши, где азот и фосфор поглощаются выращиваемыми растениями, включаются в цепи питания и биологические круговороты. Примерно такой же экологический эффект имел место при замене традиционных моющих средств (мыло) синтетическими детергентами.- Основное внимание при оценке последних уделяли влиянию на человека моющих свойств при бытовом контакте. Учитывая отсутствие ядовитых свойств и быструю разлагаемость в среде детергентов, полагали, что, попадая в воду, они не причинят ей вреда. Результат оказался также неожиданным. Детергенты стали важнейшим поставщиком фосфора в водные системы, фактором эвтрофикации, цветения и порчи воды. Развитие автотрофных организмов в водах («цветение») под влиянием азота и фосфора связано с тем, что в чистой воде эти элементы являются факторами, находящимися в минимуме. Недостаток фосфора является следствием его малого содержания не только в воде, но и на суше. Сложнее с азотом, запасы которого в почвенном гумусе колоссальны (около 20% от его содержания в атмосфере). Между тем природные экосистемы никогда не поставляли в водные системы излишков азота. Дело в том, что на суше азот входит в сложные и труднорастворнмые химические соединения гумуса почв. Растения могут потреблять такой азот только после высвобождения микроорганизмами в виде усвояемых (нитратных) форм. Жизнедеятельность микроорганизмов, в свою очередь, интенсифицируется самими растениями, в частности, корневыми выделениями. Следовательно, высвобождение почвенного азота строго дозировано и контролируется потреблением растений. С содержанием гумуса, а следовательно, и азота в почвах связаны их физические свойства (воздухообеспеченность, водопроницаемость и т. п.). Чем больше гумуса, тем благоприятнее эти свойства и тем лучше условия для жизнедеятельности организмов. По мере потребления гумуса физические свойства почв ухудшаются и, следовательно, замедляются процессы высвобождения азота. Другими словами, срабатывают механизмы отрицательной обратной связи, обеспечивающие сохранение основного фактора плодородия почв- гумуса и содержащихся в нем питательных веществ. Иное дело - азот минеральных удобрений. Он ни в какие структуры не входит, чужд экосистемам. Поэтому значительная доля его улетучивается в атмосферу в результате процессов денитрификации (высвобождение микроорганизмами до свободного состояния), либо поступает в водоемы со стекающими водами. В случае азота почв мы имеем дело со сложными природными системами, во втором - с простейшими физико-химическими явлениями. Редукционистский подход ориентирован обычно на решение технических вопросов и получение более дешевых изделий. Следует, однако, помнить, что цена изделий все больше зависит от затрат на нейтрализацию отрицательных экологических последствий от их получения и использования. Если эти расходы игнорируются или недоучитываются, тогда успех новых технологий становится иллюзорным.
2.Принцип природных цепных реакций. Цепные реакции могут вызываться различными вмешательствами в экосистемы. Их понимание - краеугольный камень научного природопользования. Не будет преувеличенным утверждение, что успех человеческой деятельности в природных системах, ее экологичность, результативность прогнозирования и вероятность предотвращения неблагоприятных последствий зависят от того, насколько полны представления о природных цепных реакциях, их причинах и следствиях, возможностях предвидения и предотвращения. Для прикладной экологии понятие «природные цепные реакции» столь же значимо, масштабно и разносторонне, как для общей экологии аналогичные представления о цепях питания либо экологических нишах. Приведем некоторые примеры природных цепных реакций:
- исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным плодоношение определенных видов растений. Это, в свою очередь, ведет к нарушению жизнедеятельности или исчезновению животных, питающихся данными растениями, а следовательно, и других видов, входящих в цепи питания (хищников, паразитов и т. п.). Конечный результат - разрушение цепей питания, обеднение экосистем, снижение их устойчивости;
- азот и фосфор в виде нитратов и фосфатов - важнейшие элементы жизнедеятельности организмов. Но, как отмечалось выше, увеличение их содержания в водной среде (прежде всего в результате смыва минеральных удобрений с полей) ведет к интенсивному размножению водорослей, особенно сине-зеленых (цианобактерий). Разложение органических веществ - продуктов жизнедеятельности водорослей - приводит к потере кислорода водой и превращению водной экосистемы в болотную;
- температура- важнейший экологический фактор. Однако повышение температуры водной среды ведет к тепловому загрязнению, а затем к смене диатомовых водорослей зелеными, а последних - цианобактериями, с конечным результатом накопления мертвого органического вещества и следствиями, перечисленными в предыдущем примере;
- результатом вырубок северных лесов является уплотнение почв техникой и накопление воды на ее поверхности. Далее срабатывает действие положительных обратных связей: поселяются и разрастаются растения-влагонакопители (сфагновые и Другие мхи), что, в свою очередь, имеет следствием превращение лесных земель в болотные, потерю ими продуктивности.
Другие следствия рубок леса и уплотнения почв - ухудшение впитывания влаги осадков и питания грунтовых вод. За этим следует исчезновение родников, обмеление рек летом и зимой при резком увеличении их водности и разрушительных паводков (за счет стока поверхностных вод) в периоды снеготаяния и ливневых дождей. Кроме наводнений, результатом паводков является обогащение вод продуктами эрозии почв, заиление русел, химическое и тепловое загрязнение, обеднение кислородом и разрушение экосистем.
3. 3акон снижения энергетической эффективности природопользования. С течением времени по мере возрастания разбалансированности систем получение из них одних и тех же объемов продукции требует все больших затрат энергии. Вмешательство в природные процессы (распашка земель, рубки леса на больших площадях, нарушение влагооборотов и химизма вод и др.) практически всегда сопровождается экологическим и экономическим ущербом. Хотя на первых порах удается получить кратковременный, а по сути своей мнимый положительный экономический эффект. Антитезой жесткому является мягкое вмешательство в природные процессы. Оно базируется на использовании естественных сил природы и саморегуляции процессов в экосистемах. Такой тип природопользования не возможен без всесторонней информации об экосистемах и свойственных им процессах. Однако и при наличии разносторонних сведений об экосистемах надо считаться с общеэкологическим положением, которое получило название «принцип неполноты информации об экосистемах».
4. Принцип неполноты информации об экосистемах. Согласно данному принципу, наши знания об экосистемах практически всегда недостаточны. Это объясняется многокомпонентностью экосистем, большим числом связей и взаимозависимостей, динамикой процессов и т. п. В результате этого каждая экосистема по-своему индивидуальна. По этим же причинам к экосистемам практически не применим принцип аналогий. При осуществлении любого проекта обязательно требуются дополнительные исследования, выявляющие специфические свойства экосистем. Действие данного принципа рассмотрим на примере смоговых явлений. Известно, что важнейшим условием образования классического, или лондонского, смога является отсутствие прямой солнечной радиации (туманные явления). Ранее было известно, что при солнечной погоде смог невозможен. Между тем смоговые явления начали регистрироваться в городах с большим количеством солнечной радиации; чаще всего в условиях субтропиков. Такой смог получил название фотохимический или, по месту регистрации, -лос-анджелесский. Лондонский смог является результатом простого перенасыщения влажного воздуха ядовитыми веществами. В основе лос-анджелесского смога лежит образование новых веществ в атмосфере - перокснацетилнитратов, озона и других в результате фотохимических реакций. В первом и втором случаях источники и причины смога сходны (продукты неполного сгорания органического топлива), но результаты различны. При фотохимическом смоге образуются более вредные вещества, они в значительной степени поражают дыхательные пути, снижают видимость (коричневый туман), выпадают в виде клейкой жидкости и др. С принципом неполноты информации связаны многочисленные издержки осуществления проектов, в том числе и крупных, связанных с вмешательством в природные системы. К ним, например, относятся неудачные попытки перенесения в засушливые условия степной зоны систем земледелия, разработанных в лесной зоне. В качестве такой системы можно назвать травопольную. Под ней понимается использование травосмесей для восстановления плодородия почв, истощенных сельскохозяйственными культурами. Однако такая система в южных районах не дала положительного результата из-за хронического недостатка влаги. Такие ошибки далеко не единичны. Некоторые из них (издержки степного лесоразведения) приводятся при рассмотрении следующего принципа, а также в других разделах работы.
5. Принцип обманчивого благополучия. Реальные результаты обычно проявляются лишь после периода прохождения цепных реакций. Продолжительность периодов цепных реакций зависит от степени динамичности факторов среды, продолжительности жизни видов и создаваемых сообществ, а также от других факторов. Известно, например, что со временем меняют свой знак на противоположный результаты уничтожения хищников, внедрения новых видов в экосистемы (интродукция), увлечения применением ядохимикатов и т. п. Особенно показательны в этом отношении примеры со степным лесоразведением. Хороший рост молодых растений здесь нередко сменяется резким его ухудшением и даже гибелью в более старшем возрасте (чаще всего 15-20-летнем). Этот возраст получил название «критического». Исследования показали, что причины неудач связаны с недоучетом свойственной степным условиям высокой динамичности влагообеспеченности. Она относительно благоприятна в первые годы жизни растений, когда их погребность во влаге невелика, и резко ухудшается с момента перехода растений от индивидуальной жизни к сообществу. Последнее имеет место при смыкании надземных и подземных органов. К этому времени используются резервные запасы влаги из почв, а потребность растений в ней достигает значений, близких к максимальным. В тех случаях, когда лимитирующий фактор (влага) и специфические особенности жизнедеятельности растений в условиях степи (исключительно интенсивный рост в первые годы жизни) учитываются, возникающие противоречия в значительной мере снимаются своевременным вмешательством человека. Среди них разреживание посадок в предкритическом возрасте, оставление резервных пространств без растений («магазинов влаги») и другие мероприятия.
6. Правила одного и десяти процентов. Эти правила, несмотря на их относительность и большое количество исключений, могут использоваться в качестве определенных придержек в природопользовании и при оценке различных видов антропогенных воздействий на среду и экосистемы. Вместе с тем Н. Ф. Реймерс отмечает, что 1 % - это очень оптимистичная и пока недостаточно обоснованная константа. Поэтому надо руководствоваться значениями примерно на порядок меньше (0,1 %).
7. Правило десяти процентов. Это правило распространено на природопользование из общей экологии, (если животное потребляет с пищей 100 ккал энергии, то только 10 ккал можно найти сконцентрированными в теле животного, а 90% энергии рассеивается). Применительно к природопользованию это значит, что из экосистем нельзя единовременно, обычно за год, изымать более 10% возобновимого ресурса: из рек - годового стока воды, из лесов - биомассы, из популяций - численности особей и т. п. Повторное изъятие массы возможно только после восстановления ее до исходных значений. Это правило в ряде случаев имеет очень относительный характер. Например, при взрыве численности особей в популяциях их можно изымать в несколько раз больше, чем 10%, а в период низкой численности, или депрессий, потребление должно быть нулевым.
8. Принцип оптимальности. В соответствии с этим принципом любая система, в том числе и экологическая, с наибольшей эффективностью работает в четких пространственно-временных пределах. Иначе - никакая система не может сужаться и расширяться до бесконечности. Размер должен соответствовать функциям. Чтобы рожать живых детенышей, млекопитающее не может быть ни микроскопически малым, ни чрезмерно большим. И то и другое ведет к срывам, невозможности рождения жизнеспособного потомства. Это же относится и к экосистемам. Гигантские однородные системы менее устойчивы, чем несколько систем более мелких на этом же пространстве. Например, более вероятна гибель от пожаров, насекомых или грибных болезней экосистем (лесных, луговых и др.), представленных крупными однородными массивами, чем экосистем, представленных чередованием разных сообществ на этих же площадях: лесных, травянистых. По этой же причине в крупных городах (системах) функциональные срывы, например стрессы, намного вероятнее, чем в малых. Существует прогностический афоризм - «Любой гигантизм - начало конца». В качестве других примеров можно назвать распад империй, вымирание динозавров, низкую устойчивость предприятий-гигантов и др.
9. Правило островного измельчания видов. Это правило отражает закономерность, согласно которой обитающие на небольших островах животные одних и тех же видов меньше, чем таковые на материках. Из этого следует важный прикладной аспект: территории для охраны или восстановления численности видов или популяций, заповедники, заказники и другие охраняемые объекты должны иметь такие размеры, чтобы они не вели к измельчению видов, а следовательно, и к потере ими жизнестойкости. 10. Принцип накопления загрязнителей в цепях питания («накопительный эффект», «биоаккумуляция»). Влияние загрязняющих веществ на организмы и экосистемы во многом обусловливается таким явлением, как «накопительный эффект в цепях питания». Механизм его в общих чертах связан с тем, что объем поедаемой организмом пищи в течение всей жизни или отдельных периодов значительно превышает объем самого организма. Загрязняющие же вещества не во всех случаях полностью выводятся из организмов. Поэтому в их телах на каждом следующем трофическом уровне создаются более высокие концентрации загрязняющих веществ. Биоаккумуляция-это одно из проявлений концентрационной функции живых организмов (живого вещества, по В. И. Вернадскому). Прогрессирующая биоаккумуляция связана также с тем, что с повышением трофических уровней, как правило, увеличиваются размеры организмов и продолжительность их жизни. Вместе с тем замедляются процессы обмена веществ (вспомним правило соотношения объемов и поверхностей), а следовательно, и скорость их выведения из организма. В наибольшей степени «накопительный эффект» свойственен стойким загрязнителям - тяжелым металлам, хлорорганическим и другим соединениям. Так, особенно много данных имеется по биоаккумуляции ДДТ. Если концентрацию этого ядохимиката вводной среде принять за единицу, то в микроводорослях и бактериях она составляет 20-100 единиц, в теле личинок комара 500-10000 единиц, в рыбах- 5-12 тыс. единиц, а в птицах, питающихся рыбой 30-100 тыс. единиц. Поскольку человек значительное количество пищи получает с конечных звеньев цепей питания, то он выступает четко выраженным потребителем и биоаккумулятором загрязняющих веществ. Такое явление образно называют «экологическим бумерангом». Он выражается в том, что, загрязняя среду, человек в наибольшей степени и получает продукты этого загрязнения. Бионакопление в общих чертах идет по закономерностям, противоположным рассеиванию энергии в цепях питания. Наиболее интенсивен «накопительный эффект» у водных организмов и у организмов, питающихся гидробионтами. Такое явление связано с тем, что гидробионты, например рыбы, получают загрязняющие вещества не только с пищей, но и из воды в процессе дыхания. Активными биоаккумуляторами являются лишайники и некоторые мхи. Основной причиной такого свойства яатяется активное поглощение веществ из окружающей среды всем телом, крайне замедленный метаболизм, а следовательно, и слабое выведение загрязнителей из организма. По этой причине лишайники широко используются как индикаторы загрязнения среды. Например, радиоактивного цезия в теле лишайников тундр содержится в тысячи раз больше, чем в среде, с которой они контактируют. Соответственно повышенные концентрации цезия, как и других загрязнителей, содержатся в мясе оленей, питающихся лишайниками. Интенсивная биоаккумуляция загрязнителей часто связана с отдельными органами и тканями. Так, ДДТ и другие хлорорганические соединения интенсивно накапливаются в жировых тканях (подкожной клетчатке, мозге, половых железах). По мере использования жировых отложений (похудения) концентрация загрязнителей заметно увеличивается. Накапливаясь в половых железах, загрязнители могут не оказывать существенного отрицательного влияния на взрослые особи, но прерывать размножение и приводить к гибели целые популяции. Установлено, например, что под действием ДДТ в крови птиц может снижаться содержание стероидных гормонов, ответственных за образование яичной скорлупы, что нарушает ее прочность и является препятствием для высиживания птенцов. По этой причине в США совершенно перестал размножаться сокол сапсан.
11. Принцип самоочищения экосистем. Эту способность обычно характеризуют через потенциал разложения. Под ним понимают свойство экосистем или среды без саморазрушения разлагать чужеродные природные или антропогенные вещества и включать их в круговороты. Самоочистительная способность свойственна всем элементам среды: воздуху, водам и почвам. Вместе с тем механизмы самоочистительной способности в них существенно различаются. Именно благодаря этим свойствам попадающие в атмосферу посторонние вещества (загрязнители) под влиянием силы тяжести либо вследствие перемешивания воздушных масс в конечном счете попадают в другие звенья экосистем (воду или почву), где включаются в процессы круговорота. Атмосфера очищается также под влиянием озона, ультрафиолетовых лучей, из-за вымывания атмосферными осадками, фотохимических реакций и некоторых других механизмов. Застойные явления типа штилевой погоды резко снижают самоочистительную способность атмосферы, вплоть до образования смогов. Системы, бедные жизнью (олиготрофные), например тундровые, внутренних вод океана, холодных озер (например, оз. Байкал и др.), характеризуются низким потенциалом разложения и пониженной способностью самоочищения. В то же время богатые (эвтрофные), насыщенные жизнью системы характеризуются значительным потенциалом разложения и самоочистки (реки с естественным режимом, прибрежные части океана и т. п.). Загрязнение или нарушение свойственного среде режима обычно подавляет ее способность к самоочищению. Рассмотрим специфику этих явлений применительно к водной и почвенной средам. Водная среда наиболее чувствительна к таким воздействиям. Связано это с факторами, которые быстро переходят в состояние лимитирующих. К ним относится кислород. Его содержание может уменьшиться до запредельно низких значений в результате повышения температуры, переобогащения биогенными или органическими веществами. В первом случае уменьшается растворимость кислорода, во втором обеднение связано с несбалансированным увеличением численности организмов-редуцентов, потребляющих кислород. По этой причине водная среда используется для нейтрализации загрязняющих веществ только при условии постоянного обогащения кислородом (аэрирования). Пониженная способность водной среды к самоочищению часто связана также с загрязнениями токсичными веществами, под влиянием которых гибнут основные агенты самоочищения - живые организмы. В последнее время в качестве фактора снижения или потери водами самоочистительной способности выступает повышенная их кислотность, обусловленная атмосферными осадками или другими факторами. Почвы, по сравнению с водами, обладают несравненно более высоким потенциалом самоочищения. Их богатство органическими и биогенными веществами, в отличие от вод, практически всегда является положительным фактором самоочистки. Способность почв к самоочищению снижается при их уплотнении, загрязнении стойкими ядовитыми веществами (тяжелые металлы, пестициды типа ДДТ), при избытке влаги и изменениях кислотности. Низкая самоочистительная способность свойственна искусственно созданной среде («третьей природе»), характерной для промышленных и городских территорий, жилых и других помещений. Этой среде присуще комплексное загрязнение химическими, биологическими, шумовыми и другими агентами. Имеются данные, что только организм человека выделяет до 400 веществ различной природы. Факторами загрязнения выступают также строительные материалы, бытовая пыль, продукты приготовления пищи, сжигание газа, различные испарения и т. п.
12. Понятие о предельно допустимых концентрациях (ПДК) загрязнения сред. К настоящему времени разработаны ПДК основных загрязняющих веществ для воздуха, вод, производственных и бытовых помещений, продуктов питания, почв, многих строительных и других материалов, с которыми контактирует человек. Ведется разработка ПДК для растений (растительности) и животного мира. Для воздуха различают обычно максимальные разовые (кратковременные) и среднесуточные значения ПДК. Первые заметно превышают вторые, иногда на порядок и более. В отдельных странах ПДК нередко существенно различаются. Это свидетельствует о значительном субъективизме при подходе к их установлению. Имеются совершенно справедливые высказывания, что для некоторых наиболее опасных загрязнителей (канцерогенов, мутагенов и др.) значения ПДК не должны ничем отличаться от естественного содержания этих веществ в среде. Наряду с национальными ПДК существуют международные, рекомендуемые Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). Они близки к усредненным межнациональным. По мере накопления сведений о тех или иных загрязняющих веществах значения ПДК время от времени пересматриваются и изменяются, как правило, в сторону ужесточения. Имеются методики для приведения значений нескольких загрязняющих веществ к единому показателю (индекс загрязнения). Так, для воздуха концентрации разных веществ приводят к концентрации двуокиси серы. При этом учитывается содержание в среде того или иного вещества, его токсичность, продолжительность действия, степень устойчивости и другие параметры.
