Основные законы экологии. Реферат по экологии. Общесистемные законы, правила и принципы
 Скачать 402 Kb.
|
|
Принцип экологической надежности: эффективность экосистемы, ее способность к самовосстановлению и саморегуляции, зависит от ее положения в иерархии природных образований, степени взаимодействия ее компонентов и элементов, а также от частных приспособлений организмов (размеры, скорость размножения, ...), составляющих биоту экосистемы. Основные закономерности, автоматически осуществляющиеся в ходе нарушения видового разнообразия внутри экосистем (принципы видового обеднения): – консорционной целостности: с исчезновением вида, образующего консорцию (от лат. consortium – соучастие, сообщество), исчезают и многие консорбенты, не входящие в другие консорции той же или другой территориально и функционально близкой экосистемы (принцип «никто не гибнет в одиночку»); – биологического замещения: вновь внедрившийся в экосистему вид всегда, вырабатывая свою экологическую нишу, сужает возможности менее конкурентоспособных видов и тем ведет к их исчезновению или лишь слегка видоизменяет экологические ниши функционально близких видов, создавая предпосылки для сокращения их численности или наоборот, массового размножения («принцип незваного гостя»); при этом меняется все сообщество, включая даже как будто несвязанные с внедрившимся видом формы (в силу смещения общего экологического равновесия); – смены трофических цепей (сетей): исчезнувшая трофическая цепь (сеть) видов сменяется цепью (сетью) эколого-энергетических аналогов, что позволяет экосистеме усваивать и перерабатывать поступающую извне энергию. Данный принцип вытекает из правила экологического дублирования и кратко звучит: «Экосистема не терпит пустоты»; – неопределенности хозяйственного значения смены видов: при замене трофических цепей (сетей) вновь проникающие в экосистемувиды могут быть как желательными, так и нежелательными в хозяйственном и медицинском отношении (принцип «старый друг лучше новых двух»). Принципы видового обеднения (замещения) имеют большое практическое значение для организации рационального природопользования. При изучении экосистем необходимо помнить закон неравномерности развития систем, или закон разновременности развития (изменения) подсистем в больших системах: – системы одного уровня иерархии (как правило, подсистемы системы более высокого уровня иерархии) обычно развиваются не строго синхронно, в то время как одни из них достигли более высокого уровня развития, другие еще остаются в менее развитом состоянии. Значение данного закона для природопользования в том, что он «запрещает» абсолютное однообразие, пространственно создаваемое человеком, например, сплошная распашка, т. е. равномерное предельное сукцессионное омоложение экосистем на огромных площадях. В области управления производством закон «требует» неравномерного внимания к его различным сторонам, в том числе неравномерности капиталовложений для повышения эффективности хозяйства. 2.8. Динамика экосистем Под динамикой экосистемы понимают изменение экосистемы под воздействием сил извне и внутренних противоречий ее развития: а) относительно обратимые или необратимые смены сообществ, вызванные различными, как правило, не строго циклическими (периодическими) факторами и идущие в течение очень длительных (многих веков) интервалов времени (вековая динамика экосистемы): б) одна из форм циклических (периодических) изменений в сообществе (суточных, сезонных, погодно-температурных, возобновительных и т. д.), связанных со сменой сезонов года (сезонная динамика экосистемы); в) обратимые изменения экосистем, вызванные непостоянными внешними факторами, с постепенным возвратом к практически исходному состоянию (суточные, сезонные, погодные и восстановительные типы динамик). Принцип сукцессионного (от лат. successio – преемственность) замещения – биологические сообщества формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивой в данных условиях природной системе – климаксовой в чисто природных условиях или узловой при природно-антропогенном режиме. Узловое сообщество – конечная фаза сукцессии в условиях антропогенной нарушенности природной среды до такой степени, что сообщество не может достигнуть в процессе развития климакса, но тем не менее развивается до равновесного в данной среде состояния. Принцип сукцессионного замещения – следствие из системогенетического закона, но смены могут быть абсолютно оригинальными при заселении новых площадей, ранее не занятых жизнью (например, на безжизненных островах или на послеледниковом пространстве в результате потепления климата и таяния льдов). В этих случаях формируется специфический ряд экосистем, ведущий к формированию уникальных климаксов. Закон системогенетический – многие природные системы (в том числе экосистемы) в индивидуальном развитии повторяют в сокращенной (и нередко в закономерно измененной и обобщенной) форме эволюционный путь развития своей системной структуры. Системогенетический (систематический) закон обусловливает необходимость учета при управлении природными процессами закономерного прохождения ими определенных (в том числе промежуточных) фаз, исключение которых ведет к невозможности достижения желаемых целей. Закон последовательности прохождения фаз развития: фазы развития природной системы могут следовать лишь в эволюционно закрепленном (исторически, экологически обусловленном) порядке, обычно от относительно простого к сложному, как правило, без выпадения промежуточных этапов (но, возможно, с очень быстрым их прохождением или эволюционно закрепленным отсутствием). К примеру, метаморфоз (от греч. metamorphosis – превращение) насекомых с полным превращением может идти лишь в направлении яйцо – личинка – куколка – имаго (от лат. imago – образ, вид) без выпадения или смен последовательности любой из фаз. Как общесистемный данный закон приложим и к социально-экономическому развитию. В области природопользования он указывает на то, что нельзя «обходить» его этапы развития. Их в случае необходимости можно и нужно «смягчать» по негативному воздействию на природу (а через нее и на человека), но развивать приходится обязательно. Когда экосистема приближается к состоянию климакса, в ней, как и во всех равновесных системах, происходит замедление всех процессов развития – закон сукцессионного замедления: процессы, идущие в зрелых равновесных системах, находящихся в устойчивом состоянии, как правило, проявляют тенденции к замедлению. При этом восстановительный тип сукцессии меняется на вековой их ход, т. е. саморазвитие идет в пределах климакса или узлового сообщества. Отсюда бесперспективность попыток «торопить» природу при хозяйственных мероприятиях без выведения ее систем из равновесного состояния или создания других особых условий для проведения хозяйственных акций. В соответствии с принципом «нулевого максимума» или минимизации прироста в зрелой экосистеме (Ю. Одум, 1975): экосистема в сукцессионном развитии стремится к образованию наибольшей биомассы при наименьшей биологической продуктивности.Данная закономерность вытекает из правила Г. Одума и Р. Пинкертона, или правила максимума энергии поддержания зрелой системы: сукцессия идет в направлении фундаментального сдвига потока энергии в сторону увеличения ее количества, направленного на поддержание системы. В ходе сукцессии происходит увеличение замкнутости биогеохимического круговорота вещества. Примерно за 10 лет с момента начала восстановления растительного покрова разомкнутость круговоротов уменьшается со 100 до 10 %, а далее она еще больше снижается, в климаксовой фазе достигая минимума – правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота веществ в ходе сукцессии. Это правило нередко нарушается антропогенной трансформацией растительности и вообще естественных экосистем, что ведет к длинному ряду аномалий в биосфере и ее подразделениях. Чем глубже нарушенность среды какого-то пространства, тем на более ранних фазах оканчивается сукцессия – правило сукцессионного мониторинга, или степени завершенности сукцессии. Оно имеет вполне практическое значение, особенно при картографировании экологического состояния территорий и акваторий, т. к. на степени завершенности сукцессионного ряда отражается интегральная характеристика качеств среды данной территории и суммарная напряженность антропогенного воздействия. Закон эволюционно-экологической необратимости гласит: экосистема, потерявшая часть своих элементов или сменившаяся другой в результате дисбаланса экологических компонентов, не может вернуться к первоначальному своему состоянию в ходе сукцессии, если в ходе изменений произошли эволюционные перемены в экологических элементах (сохранившихся или временно утерянных) или один либо группа видов исчезла навсегда или на долгий срок. Закон эволюционно-экологической необратимости подчеркивает фактическую направленность эволюции не только на уровне биосистем, но и на всех иных иерархических уровнях сложения биоты. Он важен для оценки характера восстановленных экосистем. Накопление антропогенных негативных изменений в экосистемах (загрязнение почвы и воды тяжелыми металлами и ядохимикатами, накопление в атмосфере парниковых и других техногенных газов, изменение биоразнообразия, истощение почвенного слоя и т.д.) приводит к их изменению, а при превышении критических значений – к их деградации и гибели (закон перехода количественных изменений в качественные). 2.9. Общие закономерности организации и эволюции биосферы Биосфера самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Это открытая, нелинейная и самоорганизующаяся система. Поэтому к ней применимы все законы синергетики. Одними из важнейших закономерностей биосферы являются рассмотренные ранее общие законы физико-химического единства живого вещества и постоянства количества живого вещества на протяжении всей истории земной жизни, открытые В. И. Вернадским. Очень важное теоретическое и практическое значение имеет третий закон В. И. Вернадского – закон биогенной миграции атомов: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. Так как люди в широких масштабах воздействуют на биосферу и ее живое вещество, то они тем самым изменяют условия биогенной миграции атомов, создавая предпосылки для еще более глубоких химических перемен в исторической перспективе. Процесс может стать неуправляемым и привести к гибельным для всего живого переменам в биосфере. Отсюда одна из самых насущных задач человечества – сохранение живого покрова Земли в относительно неизмененном состоянии. В. И. Вернадский сформулировал два биогеохимических принципа организации биосферы в целом. Наиболее распространенные формулировки первого принципа: а) геохимическая энергия живого вещества в биосфере (включая человека как высшее наделенное разумом вещество) стремится к максимальному проявлению; б) биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к своему максимальному проявлению. Наиболее распространенные формулировки второго биогеохимического принципа: а) в ходе эволюции видов живых организмов выживают организмы, которые своей жизнедеятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию; б) эволюция видов в ходе геологического времени происходит в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов в биосфере. Данные два принципа биогенной миграции атомов В. И. Вернадского увязываются с особым энергетическим характером проявления живого вещества в биосфере. Именно потоки энергии в биосфере есть основной интегрирующий фактор адаптации живого вещества к земным условиям. На основе биогеохимических принципов В. И. Вернадского сформулирован закон максимума биогенной энергии (В. И. Вернадский – Э. С. Бауэр): любая биологическая и «биокосная» система (система с участием живого), находясь в состоянии «устойчивой неравновесности», т. е. динамического подвижного равновесия с окружающей ее средой, и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду. Закон максимума биогенной энергии служит частным случаем более общего для биосферы в целом закона максимизации энергии (Г. и Э. Одумы): в соперничестве с другими системами выживает (сохраняется) та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное ее количество наиболее эффективным способом. С этой целью, по мнению Г. и Э. Одумов, система: 1) создает накопители (хранилища) высококачественной энергии; 2) затрачивает определенное количество накопленной энергии на обеспечение поступления новой энергии; 3) обеспечивает кругооборот различных веществ; 4) создает механизмы регулирования, поддерживающие устойчивость системы и ее способность приспособления к изменяющимся условиям; 5) налаживает с другими системами обмен, необходимый для обеспечения потребности в энергии специальных видов. Закон максимизации энергии справедлив и в отношении информации, поэтому его можно рассматривать как закон максимизации энергии и информации (Н. Ф. Реймерс): наилучшими шансами на самосохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации. Максимальное поступление вещества как такового не гарантирует успеха системе в конкурентной группе других аналогичных систем. Развитие биосферы связано с ее усложнением, что выражается в: – увеличении разнообразия живых существ; – возрастании организованности живого; – расширении сферы распространения живого. Основная идея биогеохимической концепции биосферы – признание эволюции биологических видов в органическом единстве с геохимическими и геологическими факторами. Их взаимосвязь проявляется в биогенной миграции атомов в биосфере. Помимо общесистемного закона физико-химического единства живого вещества, в биосфере и ее подсистемах наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической (от греч. soma – тело) структуры, хотя она и несколько меняется с ходом эволюции. Данная закономерность обобщена в четырех законах экодинамики Ю. Голдсмита: 1. Первый закон экодинамики – закон сохранения структуры биосферы (информационной и соматической); 2. Второй закон экодинамики – закон стремления к климаксу, отражающий стремление биосферы для сохранения своей структуры к достижению состояния зрелости, или экологического равновесия; 3. Третий закон экодинамики – принцип экологического порядка, или экологического мутуализма (от лат. mutuus – взаимный), подчеркивающий подчиненность сложения (переплетения) различных по пространственно-временному генезису (от греч. genesis – происхождение, возникновение) элементов во всей экологической иерархии биосферы принципам экологической комплектарности (дополнительности), экологической конгруэнтности (соответствия) и другим закономерностям; 4. Четвертый закон экодинамики – закон самоконтроля и саморегуляции живого: живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю и саморегулированию в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде. Законы Ю. Голдсмита имеют фундаментальное и прикладное значение. Системный мутуализм, т. е. взаимопомощь в рамках экологического порядка (третий закон эко динамики Ю. Голдсмита), подчеркивается законом упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности. Из данного закона следует невозможность длительного существования «ненужных» природе случайностей, в том числе и чуждых ей созданий человека. Динамическим вариантом закона упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности является принцип системной дополнительности: подсистемы одной природной системы (в нашем случае биосферы) в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему (если она не подвергается мощной внешней деформации). Данный принцип стал необходимым условием жизни человечества с момента превращения его в единое целое, во всеобщую «геологическую силу», по В. И. Вернадскому. Либо будет соблюдаться принцип системной дополнительности в связи человек – природа, либо экологический кризис будет углубляться, и произойдет катастрофа. Большое прикладное значение имеет четвертый закон экодинамики, который Ю. Голдсмит справедливо интерпретирует к жизни общества. По его словам, человечеству не мешало бы начать собственную саморегуляцию и перейти к самоконтролю вместо того, чтобы с нарастающей интенсивностью преобразовывать природу. 3. ЗАКОНЫ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕК – ОБЩЕСТВО – ПРИРОДА 3.1. История взаимоотношений в системе Человек – Общество – Природа История взаимоотношений в системе человек – общество – природа подчинена закону (принципу) увеличения степени идеальности (Г. Б. Лейбниц), или «эффекту «чеширского кота (Л. Кэрролл): гармоничность отношений между частями системы историко-эволюционно возрастает (система может сохранять функции при минимизации размеров — кот, тая с хвоста, уже исчез, а его улыбка еще видна). В технике данный принцип обусловливает тенденцию к миниатюризации габаритов устройств с сохранением и развитием их функциональной значимости. Примером из природы является генетический код, который составлен всего четырьмя элементами, дающими практически неисчерпаемое разнообразие. Правило ускорения исторического развития – чем стремительнее под воздействием антропогенного фактора изменяется среда обитания человека и условия ведения им хозяйства, тем скорее, по принципу обратной связи, происходит перемена в социально-экологических свойствах человека, экономическом и техническом развитии общества, при этом знак процесса может быть положительным и отрицательным. Слишком большая скорость развития может приводить к необходимости временного «нулевого» роста, поскольку она нарушает закон соответствия между уровнем развития производительных сил и природно-ресурсным потенциалом. Поскольку производительные силы обществ опосредуют связь между природой и обществом (при этом человек входит как в первую, так и во вторую), а антропогенные воздействия служат фактором в действии закона ускорения эволюции и быстро меняют среду развития самого общества, трехчленная система «природа – производительные силы – производственные отношения» развиваются с тенденцией к самоускорению процессов. П. Дансеро сформулировал закон необратимости взаимодействия человек – биосфера: возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а потому превышения возможностей их восстановления. Именно такая фаза развития системы взаимоотношений человек – общество – природа в наши дни. Современная техногенная цивилизация и культура не обеспечивают стабильных условий существования на Земле ни жизни, ни человека как ее части. Нормы экологической безопасности сформулированы в виде правила меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдерживания (самореорганизации и саморегуляции) и обычно ограниченные заметным изменением систем трех сопряженных уровней иерархии. Из правила меры преобразования природных систем следует ряд очень важных выводов: 1. Несоответствие «целей» естественно-системной регуляции в природе и целей хозяйства может приводить к деструкции природного образования, т. к. силы природы и хозяйственных преобразований при большой величине последних в ходе противоборства сначала «гасят друг друга», а затем природная составляющая начинает разрушаться. 2. Хозяйственное воздействие затрагивает не только ту систему, на которую оно направлено, но и на ее подсистемы, которые согласно принципу Ле Шателье – Брауна, «стремятся» сглаживать (выравнивать) производимые изменения. В связи с этим расходы на преобразование природы никогда не ограничиваются лишь затратами на непосредственно планируемые воздействия. 3. Природные цепные реакции никогда не ограничиваются изменением вещества и энергии, но затрагивают динамические качества систем природы. 4. Единица (возобновимого) ресурса может быть получена лишь в некоторый, определяемый скоростью функционирования системы (и их иерархии), отрезок времени. В течение этого отрезка нельзя переходить рубежи ограничений, диктуемых законами экологии. 5. Технические воздействия имеют тенденцию превращаться в перманентные и все более усиливающиеся, вплоть до полной замены саморегуляции природных систем техногенным регулированием, что в конечном итоге экономически разорительно. 6. Технические системы воздействия в конечном итоге (в длительном интервале времени) всегда менее хозяйственно эффективны, чем направляемые естественные, т. к. действует принцип естественности, или правило старого автомобиля: со временем эколого-социально-экономическая эффективность технических устройств, обеспечивающих «жесткое» управление природными системами и процессами, снижается, а экономические (материальные, трудовые, финансовые) расходы на их поддержание возрастают. С правилом старого автомобиля тесно связан закон убывающей отдачи А. Тюрго – Т. Мальтуса: повышение удельного вложения энергии в агросистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности (урожайности). |