§2. Предмет, задачи и основные разделы экологии
Эрнст Геккель во «Всеобщей морфологии организмов» (1866) приводит следующее определение экологии:
«…Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всех взаимоотношений животного с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно его дружественные или враждебные отношения с животными и растениями, с которыми оно вступает в контакт. Одним словом, экология –это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование…».
Изучая отношения живых существ со средой, экология не является лабораторной наукой, т.к. связи организмов с их средой обитания могут быть изучены во всей полноте лишь в природной обстановке. Невозможность экспериментальной проверки заставляет переводить наблюдаемые факты на язык математических моделей. Конечно, никогда не надо забывать, что математические расчеты представляют собой всего лишь модель, т. е. весьма приблизительное отображение реальных событий. Фактически они выражают только исходные гипотезы.
В настоящее время могут быть выделены несколько разделов «большой» экологии. Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками (рис. 1).
Рис. 1. Подразделения современной экологии и их связи с другими дисциплинами
Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром являетсятеоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем, в том числе эколого-экономических и природно-хозяйственных систем.
Биоэкология — основа всей экологии. Главная ее часть — экология естественных биологических систем:
Как упорядочить такой исключительно сложный комплекс, как среда, окружающая каждое животное и каждое растение? Иными словами, какие подразделения можно в ней выделить в целях изучения? Следуя советам Декарта (XVII в.), в познании надо идти от простого к сложному. Если мы примем этот путь изучения среды, то последовательно столкнемся с различными разделами экологии; некоторые из них уже приобрели специальные названия.
Рассмотрим прежде всего какой-нибудь один вид, а в нем одну особь, мысленно изолировав ее от остального мира организмов. Представим ее находящейся под воздействием физических и химических условий окружающей среды. Эта особь будет испытывать влияние определенного числа так называемых абиотических (т. е. не связанных с живой материей) факторов. Главными из них окажутся факторы, определяемые различным климатом, который господствует на поверхности нашей планеты, – температура, влажность, освещенность, ветер и т. п. Интуитивно мы сознаем, что именно от этих факторов зависит географическое распространение видов; они имеют, таким образом, первостепенное значение. Кроме того, для наземных животных и особенно обитателей почвы, а также для всех растений важную роль играют физические и химические свойства почвы; их называют эдафическими факторами. Наоборот, для водных организмов почва обычно не имеет особого значения, зато решающую роль приобретает вода как единственная среда обитания. Физико-химические факторы, относящиеся к воде, называются гидрографическими. Совокупность различных факторов, действующих на изолированную особь, а также совокупность реакций особи на эти факторы представляют собой первое и наиболее простое подразделение экологии. Оно довольно тесно связано с физиологией, и потому в нем часто успешно используется техника лабораторных анализов.
Перейдем к следующему подразделению, соответствующему большей степени сложности. Предположим, что влияние факторов среды на особь данного вида хорошо известно (на самом деле это влияние изучается более или менее независимо), и будем рассматривать особь не изолированно, а в составе популяции таких же особей, относящихся к одному виду. Последние вступят с ней в те или иные отношения, и ее окружение будет, очевидно, изменено. Наша особь начнет размножаться. Теперь мы будем рассматривать обитателя территории не как единственного представителя вида, а как члена популяции. Конечно, каждая особь по необходимости подвергается воздействию абиотических факторов, но на этой стадии изучения возникают иные проблемы, относящиеся к области демографии, или учения о популяциях. Именно на этой стадии экологии математические модели могут оказаться наиболее полезными.
И наконец, наиболее сложная стадия: популяция одного вида должна быть теперь сопоставлена со всеми остальными популяциями, относящимися к различным видам, обитающим в той же среде. Такие популяции называют симпатрическими, так как они размещаются на одной территории. Нетрудно понять, что изучение взаимоотношений всех популяций – а их обычно бывает много – сопряжено с огромными трудностями. Между некоторыми популяциями практически нет никаких отношений, зато между другими они носят жизненно важный характер; одни питаются за счет других, и нам придется уделить особое внимание вопросам хищничества и паразитизма, а также борьбы между видами за общую пищу. Математические модели здесь также могут оказаться очень полезными.
Изучение совокупности абиотических факторов и факторов демографических, называемых часто внутривидовыми биотическими факторами (поскольку они связаны с существованием живого, но действуют только в пределах одного вида) и действующих на один как бы изолированный вид, составляет предмет аутэкологии.
Взаимодействия между популяциями столь сложны, что они не поддаются не только полному, но даже сколько-нибудь удовлетворительному анализу. Поэтому не остается ничего другого, как, минуя подобный анализ, ограничиться рассмотрением обмена веществ и энергии в среде, населенной многочисленными популяциями, а также определением общего баланса, этим занимается демэкология. На более высоком уровне синэкологию интересует то, что происходит уже не в ограниченной среде, а в совокупности сред, образующих биосферу, иначе говоря, интересует все, что составляет основу жизни на Земле.
В природе совместно обитающие популяции различных организмов всегда образуют определенное единство, называемое сообществом, или биоценозом (от греческих слов биос –жизнь иценоз –общее). Сообщество–довольно устойчивое биологическое образование, так как обладает способностью к самоподдержанию своих природных свойств и видового состава при внешних воздействиях, вызываемых обычными изменениями климатических и других факторов. Устойчивость сообщества определяется не только устойчивостью входящих в него популяций, но и особенностями взаимодействия между ними. Изучение сообществ позволяет более точно определять причины изменений численности отдельных групп организмов, правильно организовывать ведение сельского, охотничьего или лесного хозяйства, разрабатывать способы борьбы с инфекциями, планировать размещение населенных пунктов и т. д. Здесь мы сталкиваемся со следующим, еще более сложным разделом экологии–экологией сообществ.
Экологией биоценозов занимается синэкология.
Но и сообщество не может существовать изолированно от окружающей среды, поскольку взаимоотношения популяций часто осуществляются через элементы неживой природы или очень сильно зависят от нее. Сообщество пребывает в некотором пространстве со свойственным для него набором условий, например географических, физических, химических, биологических, климатических. Многие из этих условий определяются деятельностью самих живых организмов: микроклимат леса во многом зависит от состава растительности, свойства почвы –от деятельности микроорганизмов, прозрачность воды–от плотности (количества) микроскопических водорослей и т. д.
Природное жизненное пространство, занимаемое сообществом, называется биотопом (от греческих слов биос –жизнь итопос –место). Биотоп вместе с сообществом образуют экологическую систему, проще экосистему, в которой длительное время поддерживаются устойчивые взаимодействия между элементами живой и неживой природы.
Экосистемы являются тем, что мы обычно называем окружающей нас природой. В отличие от популяции или сообщества экологическую систему можно считать самостоятельным объектом –в ней имеется все, что необходимо для ее существования. Поэтому изучение экосистем–биогеоценология– центральный раздел экологии, а сами они–ее главный предмет.
Совокупность всех экосистем Земли, в пределах трех геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы), с которыми взаимодействуют живые организмы, образует самую крупную экологическую систему Земли, называемую биосферой (от греческих слов биос –жизнь исфера –шар). Изучение биосферы–наивысший по сложности раздел экологии, именуемыйглобальной экологией.
Геоэкология изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов. В нее входят: экология обитателей разных сред (наземной, почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком); природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустынь, тропических лесов и др.); ландшафтов (речных долин, морских берегов, болот, островов, гор, коралловых рифов и т.п.). К геоэкологии относится также экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов.
Одно из них ставит в центр внимания изучение человека. Эту отрасль экологии, использующую экологический подход применительно к человеческому обществу, называют сейчас наукой об окружающей среде, или экологией человека.
Социальная экология как часть экологии человека – это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения.
Прикладная экология – большой комплекс дисциплин, связанных с разными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу, окружающую человека среду, следит за качеством этой среды, обосновывает нормативы неистощительного использования природных ресурсов, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, контролирует экологическое соответствие различных планов и проектов, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем.
Выделяются следующие прикладные разделы экологии:
Инженерная экология – изучение и разработка инженерных норм и средств, отвечающих экологическим требованиям производства в строительстве, добывающей и перерабатывающей промышленности, в энергетике, на транспорте. Это контроль и регламентация материально-энергетических потоков производства и техногенных эмиссий (т.е. испускания, выброса побочных продуктов) от различных инженерных объектов; экологическая безопасность технологических процессов, сооружений, машин и изделий; оптимизация отраслевой структуры промышленных комплексов и размещения мощностей строительства и эксплуатации гражданских и хозяйственных объектов. Инженерной экологии приходится также иметь дело с влиянием экологических факторов и различных живых организмов на инженерные объекты.
Сельскохозяйственная экология в своей значительной части сливается с биологическими основами земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйственных животных).
Биоресурсная и промысловая экология изучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, континентальных водоемов, морей, океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биологического разнообразия. В задачи этой дисциплины входит также разработка методов восстановления и обогащения биоресурсов, научное обоснование интродукции и акклиматизации растений и животных, создания заповедников.
Экология поселений, коммунальная экология– разделы прикладной экологии, посвященные особенностям и влияниям различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, населенных пунктах, в городах (урбоэкология).
Медицинская экология– область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе хронических заболеваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями среды. Медицинская экология включает в качестве разделарекреационную экологию, т.е. экологию отдыха и оздоровления людей, смыкающуюся с курортологией.
Итак, экология –наука, изучающая взаимоотношения живых организмов (включая человека) между собой и с окружающей средой. При этом объекты ее изучения–не только отдельные организмы, но, главным образом, их популяции, сообщества в определенных средах обитания, то есть природные экологические системы, развивающиеся и действующие по своим законам.
В современной экологии, науке об окружающей среде сталкиваются две системы взглядов, два разных подхода к проблеме взаимоотношений Человека и Природы.
1. Согласно одному подходу эти взаимоотношения строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. Овладевая законами природы, подчиняя их своим интересам, опираясь на свой разум, социальную организацию и технологическую мощь, человек считает себя свободным от давления большинства тех сил, которые действуют в живой природе. Законы, управляющие жизнью природных сообществ, не распространяются на человека или по крайней мере играют подчиненную роль по отношению к законам жизни людей. Человеческое общество и живая природа рассматриваются какдве разные системы, внутренние связи в каждой из которых сильнее, существеннее, чем связи между ними. Проблемы окружающей среды представляются исключительно следствием неправильного ведения хозяйства, его чрезмерной ресурсоемкости и отходности и выглядят принципиально устранимыми путем технологической реорганизации и модернизации производства. Считается, что законы природы не могут и не должны мешать экономическому росту, научно-техническому и социальному прогрессу человечества. А живая природа в силу своей выносливости будто бы может приспособиться к деяниям человека на планете, перейдя на новый уровень организации и функционирования.
Этот подход называют антропоцентрическим илитехнологическим, т.е. ставящим человека, его технологии, его «власть над природой» в центр экологических проблем. Он характерен для многих политиков, экономистов, хозяйственников и представляется естественным для большинства инженеров.
2. Согласно другому подходу человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден принимать ее условия. Развитие человеческого общества рассматривается как часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необратимости и отбора. Возникновение проблем окружающей человека среды обусловлено не только ее загрязнением, но и антропогенным, т.е. порожденным самим человеком превышением порога выносливости биосферы, нарушением ее регуляторных функций. Последние не могут быть восстановлены или изменены только технологическим путем. Прогресс цивилизации ограничиваетсяэкологическим императивом – безусловной зависимостью человека, человеческого общества от состояния живой природы, требованием подчинения ее законам.
Это –биоцентрический, илиэксцентрический, подход, ставящий в центр экологических проблем выносливость живой природы и зависимость от нее человеческого общества. Он характерен для профессиональных экологов и системных аналитиков, воспринявших экологическую ориентацию глобальных проблем.
Все чаще экология квалифицируется как система научных знаний о взаимоотношениях общества и природы. Известный американский эколог Ю. Одум еще в 1963 г. назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом, а в его фундаментальной «Экологии» (1986) она трактуется уже как междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. Это очень широкое определение, отражающее холистический подход. Но оно больше других соответствует сегодняшнему широкому пониманию экологии.
Экологией сейчас часто называют охрану окружающей человека среды, а иногда и просто состояние этой среды. Это неправильно. Даже при обиходном понимании экологии не стоит приписывать название большой науки категориям элементарной чистоплотности. Экология не нужна для уборки улиц, обустройства свалки, хлорирования воды, установки дымового фильтра или задержания браконьеров. Это организационные и технические проблемы. Экология нужна раньше – для комплексного обоснования средозащитных и природоохранных мер и действий. Разделы прикладной экологии и практика охраны окружающей среды тесно связаны между собой, но это не одно и то же.
Охрану окружающей среды часто смешивают с охраной природы, ошибочно считая эти понятия равнозначными. По отношению к современному человеку они далеко не совпадают, так как в его среде содержится уже очень много искусственно созданных, неприродных компонентов. Окружающая человека среда все заметнее вытесняет природную среду. Конечная цель охраны окружающей среды и охраны природы одна и та же: сохранение здоровья и благополучия людей. Но концептуальные подходы различны.
Основания охраны природы формируются со стороны биосферных процессов, биологического разнообразия, состоянии природных экологических систем и их сохранения, поскольку их самоценность тесно связана с благополучием людей. Охранять природу – означает регламентировать, ограничивать или запрещать изъятие природных ресурсов, не допускать нарушения природных систем.
Основания охраны окружающей среды формируются в первую очередь со стороны безопасности и потребностей человека. Охранять среду – означает не допускать появления в среде обитания людей вредных для здоровья агентов.
Эти подходы соотносятся по существу как стратегия и тактика, как выбор долговременного поведения и первоочередных решений. Они не могут быть разъединены: загрязнение окружающей человека среды наносит вред другим организмам и живой природе в целом, а деградация природных систем ослабляет и: способность к естественному очищению среды. Но всегда следует помнить, что сохранить качество окружающей человека среды не возможно без участия природных экологических механизмов.