Экология и управление биосферой

Стремительный XX век с его огромными техническими достижениями и поразительными открытиями принес с собой и немало проблем, вызывающих все большую тревогу. Одна из них связана с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов. Покорение природы, которым так гордится человек, нередко оборачивается расхищением ее богатств.

А ведь от сохранения и преумножения биологических ресурсов земли в конечном счете зависит судьба всего человечества. И здесь роль науки трудно переоценить.

Проблемами, связанными с использованием природных ресурсов, в той или иной мере занимаются многие науки. У каждой из них свой круг теоретических и практических вопросов, чаще всего связанных с определенной отраслью народного хозяйства. Общие же проблемы решает экология - наука об управлении живым покровом Земли.

Экологию интересует взаимодействие организмов и среды, которое определяет развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, развитие сообществ животных, растений и микроорганизмов, а также воздействие на все эти организмы хозяйственной деятельности человека.

Эта ныне бурно развивающаяся наука возникла на стыке нескольких отраслей знания. Формальной датой ее рождения обычно считают 1869 год, когда выдающийся немецкий эволюционист и зоолог Э. Геккель придумал сам термин "экология", дословно обозначающий: наука о жилище, местопребывании, убежище. Геккель определил задачу экологии: изучение взаимоотношений с органической и неорганической средой, с другими организмами. Сейчас взаимоотношениями организма с окружающей его средой, путями приспособления, механизмами адаптации занимается так называемая факториальная экология, экология особей.

Но особи в природе не существуют сами по себе, они живут общностями, популяциями, которые развиваются по своим законам, и законы эти должна раскрыть тоже экология, правда, во взаимодействии со смежными науками - демографией, популяционной генетикой и т. д. Так возник в начале XX века второй раздел экологии - экология популяций.

Экология и управление биосферой

Однако и популяции не существуют в отрыве от окружающей среды. Вода, почвы, воздух, климат определят, где им жить, а где - нет. Да и в своей "экологической нише" популяция любого вида обитает не одна, ей приходится делить место под солнцем с бесчисленным множеством других живых существ, жить в составе сообществ, тесно взаимодействующих с неживой средой. А это предмет исследований еще одной области науки - биогеоценологии. Так предложил ее называть выдающийся советский ботаник и лесовед Герой Социалистического Труда академик В. Н. Сукачев.

Впервые понятие "биогеоценоз" Сукачев употребил в 1940 году. Так стали обозначать однородный участок земной поверхности с определенными, притом неслучайными живыми (микробы, растения, животные) и косными (почва, вода, воздух) компонентами в их динамическом взаимодействии.

Несколько раньше, в 1935 году, английский ботаник А. Тенсли ввел в научный обиход термин "экосистема". Им он обозначил единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и неживые компоненты связаны между собой через обмен вещества и энергии. В отличие от биогеоценоза экосистема "безразмерна", она не ограничена рамками конкретного ландшафта. Экосистемой можно называть и Мировой океан, и комнатный аквариум. Именно поэтому таким понятием удобно пользоваться при теоретических изысканиях, в математических моделях.

В каждом конкретном биогеоценозе изменение условий существования влияет на численное соотношение видов и даже видовой состав. За примерами ходить недалеко - достаточно вспомнить, к чему приводит заболачивание или высыхание водоемов. Этот общеизвестный процесс принято называть сукцессией. В результате сукцессионных изменений не только существование отдельных видов в данном биогеоценозе, но и само существование биогеоценоза ограничено во времени.

Конечно, не все виды одинаково реагируют на изменения среды. Одни переносят их легко и дольше сохраняются на данном участке, другие не выдерживают и либо гибнут, либо переселяются в другие места. Это относится не только к отдельным особям, но и ко всей популяции, которая обречена на вымирание, если хотя бы часть ее не спасется. Так что расселение наряду с размножением можно считать одной из основных функций живого организма.

Расселение играет определенную роль в эволюции видов. Осваивая новую территорию, животные приспосабливаются к новым условиям, вырабатывая в себе новые качества. В свою очередь, благодаря им может изменяться и окружающая среда.

Степь рассматривают как растительную формацию, способную существовать длительный срок. Однако устойчивость ее как биогеоценоза связана с теми изменениями растительного покрова, которые вызываются деятельностью других компонентов. Например, копытные, грызуны и даже саранчовые, влияя на состояние степного покрова, способствуют стабилизации степной растительности. Локальные изменения растительного покрова (и соответствующие изменения других компонентов биогеоценоза) очень важны для сохранения общего облика степного биогеоценоза. На пороях грызунов возникают специфические микроассоциации растений. Так, в ковыльно-типчаковых степях Восточной Украины на пороях слепышей появляются всходы многих растений, в том числе таких видов, которые становятся сорняками на освоенных землях и не встречаются на задерненных участках.

Закономерно направленные изменения биогеоценозов - фактор, влияющий на популяции отдельных видов, на ход естественного отбора. Особый интерес вызывают изменения, связанные с сельскохозяйственной практикой, кардинально меняющей условия существования всех компонентов биоценоза и качественно изменяющей биотоп.

Существует довольно распространенный взгляд, будто естественные биоценозы и комплексы организмов, возникающие на полях и в садах в результате деятельности человека, - явления принципиально отличные. Это не так. Во-первых, все без исключения биогеоценозы в той или иной степени уже практически затронуты человеческой деятельностью. А во-вторых, между более или менее ненарушенными биогеоценозами и комплексами организмов, возникшими вместо них на освоенных землях, - сложная гамма переходов: например, от естественных лугов или степей через сенокосы и пастбища к многолетним сеяным травосмесям, многолетним травам, непропашным культурам и, наконец, к пропашным культурам, если говорить о землях, занятых под полевые культуры.

Аналогичные ряды прослеживаются от лесов, искусственно восстановленных на месте сведенных, через лесные монокультуры к садам с задерненными междурядьями и т. д.

Основное отличие агроценоза от естественного биогеоценоза в том, что вместо исторически сложившегося обычно многовидового растительного покрова участок поверхности суши, представляющий агроценоз, занят посевом растения, однородный характер которого иногда нарушен только сопутствующими сорняками. Культивируемому растению человек облегчает борьбу за существование. Формирование комплексов организмов, заселяющих посевы культурных растений и выживающих на них, подчиняется тем же закономерностям, которые управляют и формированием естественных биоценозов. Значит, все посевы и посадки культурных растений можно рассматривать как своеобразные "вторичные" биоценозы.

Каждая наука, и это ясно видно на примере экологии, вызывается к жизни потребностями общества, производства, вырастает из той Сокровищницы знаний, которые были накоплены ранее в процессе хозяйственной деятельности. Факториальная экология опиралась на опыт животноводства, популяционная экология - на опыт охотничьего хозяйства и борьбы с вредителями, биогеоценология выросла из практики лесоводства, генетического почвоведения В. В. Докучаева и из биогеохимии В. И. Вернадского. Но ведь и биогеохимии предшествовала полувековая практика применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве.

В конце 60-х годов создателем первого в нашей стране центра экологических исследований - Института экологии растений и животных Уральского научного центра Академии наук СССР в Свердловске - академиком С. С. Шварцем было сформулировано положение об "антропогенизации" экологии, то есть о том, что экология должна обратиться к решению проблем, которые рождает взаимодействие человека и живой природы. Уточним: бездумное "взаимодействие" сплошь и рядом может оказаться печальным для обеих сторон: дикие растения и животные погибнут, а человек окажется на самим собой созданном пустыре.

Какое же отношение имеет экология к нашей теме? Самое непосредственное. Ведь почвенное плодородие - результат не только продуманной заботы земледельца, но и итог жизнедеятельности сообщества организмов - обитателей почвы. Управлять почвенными экосистемами можно, только базируясь на принципах экологии, обеспечить плодородие земель на многие годы вперед способен лишь этот путь.

Интересно, что почвенные обитатели не только очищают почву от гниющих растительных и животных остатков. Многие из них могут разлагать ДДТ и другие органические ядохимикаты, используемые в сельском и лесном хозяйстве, захоранивать продукты промышленных загрязнений. Именно эти незаметные существа поддерживают в чистоте наш общий дом - Землю.

И именно почвенные животные первыми принимают на себя удар, когда человек неразумно относится к природе. Ведь всякое изменение, любые нарушения окружающей среды отражаются на почве, любые частицы, загрязняющие воздух, в конце концов попадают в почву. Поэтому почвенные животные - универсальный биоиндикатор, сигнализирующий о состоянии окружающей среды и даже о направлении почвообразовательного процесса.

Экологию и сельское хозяйство роднят не только общие фундаментальные идеи в настоящем, не только одни заботы на будущее, но и... общее прошлое. Выдающийся генетик Н. И. Вавилов говорил, что в сельском хозяйстве основа - растениеводство. Не земледелие, которое является всего лишь способом обеспечить рост растений, а именно выращивание сельскохозяйственной продукции. Не случайно растениеводы пришли к мысли о биологической продуктивности, которая регулируется и человеком, и природными факторами.

В сельском хозяйстве возникли идеи о минеральном питании растений, о биогенном круговороте элементов и о том, что его можно регулировать, внося органические и минеральные удобрения. Здесь же нашли первое применение идеи о потоке энергии в сообществе живых организмов - то, что сейчас называют экологической биоэнергетикой. Так что принципы экологии рождались на основе огромного опыта сельскохозяйственной науки и практики, которыми они уже располагали к середине прошлого века.

Как обращаться с землей, чтобы добиться наибольшего плодородия? Испокон веков это было главной заботой земледельца. Современная наука экология распространила принципы разумного хозяйствования на всю биосферу. И речь уже идет не только о получении нужной человеку продукции, но и о воздействии на среду обитания самого человека. Академик С. С. Шварц писал, что миллионы веков биосфера поддерживала оптимальное соотношение важнейших для жизни элементов, но нескольких десятков лет промышленной революции оказалось достаточно, чтобы нарушить это равновесие. А оно грозит такими глобальными последствиями, как, например, неблагоприятные изменения климата.

Поскольку биосфера не имеет территориальных границ, многие экологические проблемы могут быть решены только совместными усилиями на базе широкого международного сотрудничества. По существующим расчетам, уже сейчас США и ФРГ потребляют больше кислорода, чем вырабатывается растительностью этих стран, и, следовательно, они бесплатно "эксплуатируют" кислород, поступающий извне. Международный характер имеет и проблема эксплуатации живых ресурсов Мирового океана, а также стад мигрирующих животных, которые к тому же переносят из страны в страну многие инфекционные заболевания.

Борьба с загрязнением окружающей среды - предмет заботы каждого государства. Но не только его! К сожалению, опасность становится все более глобальной. Считается, например, что многие скандинавские озера лишились рыбы в результате отравления воды загрязненными осадками, но не своими, а чужими: их источниками являются Англия и центральноевропейские страны. Еще больше страдают реки, протекающие по территории нескольких государств (например, Рейн или Дунай). Это, так сказать, стихийные процессы. Еще страшнее - сознательное уничтожение природы путем применения дефолиантов, разрушения оросительной и дренажной систем, сведения лесов и т. д. Так действовал американский империализм во Вьетнаме, чтобы подорвать его экономику.

Советский Союз в 1974 году предложил заключить конвенцию о запрещении воздействия на природную среду и климат в военных и иных целях, несовместимых с интересами обеспечения международной безопасности, благосостояния и здоровья людей. Эти предложения одобрила XXIX сессия Генеральной Ассамблеи ООН подавляющим большинством голосов.