Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
21. Законы экологии
В экологии существуют законы, правила и принципы, которые полностью применимы и к почвам, их эксплуатации, не зависимо от того, знаем мы о них или нет. Приведем некоторые из них.
Закон падения природно-ресурсного потенциала. В рамках одной общественно-экономической формации (способа производства) и одного типа технологий природные ресурсы делаются все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку. Почва также является природным ресурсом.
Закон увеличения степени идеальности Г. В. Лейбница (эффект чеширского кота). Гармоничность отношений между частями экосистемы исторически-эволюционно возрастает. Система (и техническая) может сохранять функции и при минимизации размеров (кот, тая с хвоста, уже исчез, а его улыбка еще видна).
Закон эволюционно-экологической необратимости. Экосистема, потерявшая часть своих элементов или сменившаяся другой, не может вернуться к своему первоначальному состоянию, если в ходе изменений произошли эволюционные перемены.
Этот закон научно обосновывает недопустимость любого вида деградации почв.
Закон оптимальности (принцип достаточности или разумной достаточности и допустимого риска). Никакая экосистема не может расширяться и сужаться до бесконечности.
Следствие. Любая сверхкрупная однородность со временем распадается. Бескрайние поля, мегаполисы нарушают равновесие в экосистемах, создают неестественное однообразие, это приводит к появлению геофизических, биологических и климатических аномалий, деградации почвы.
Закон диктует необходимость установления ограничений для различных видов хозяйственной деятельности.
Закон необратимости взаимодействия П. Дансеро, (1957). Часть возобновимых природных ресурсов может стать исчерпаемой, невозобновляемой, если человек сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство.
Толерантность
Рассмотрим популярный ныне термин «толерантность». Его часто можно слышать в речах политиков, и его значение трактуют достаточно широко.
Толерантность:
• терпимость;
• выносливость;
• степень выносливости организмов к веществу, фактору, воздействию.
Закон толерантности. Его сформулировал В. Шелфорд в 1913 г. «Лимитирующим фактором процветания организма или вида может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми и определяет величину выносливости организма к фактору».
Имеется в виду диапазон между минимальным и максимальным воздействиями. Еще Парацельс сказал: «Все есть яд, и ничто не может быть ядом». Избыток вещества или фактора может быть вреден не меньше, чем недостаток другого (рис. 79).
Рис. 79.Толерантность
Этот закон справедлив и по отношению к почвам. Если в формулировку вместо слова «организм» вставить слово «почва», то понятно, что экологические и антропогенные факторы, их воздействие имеют диапазон, при котором почва выносит эти воздействия без ущерба.
Биологический интервал фактора, зона толерантности, диапазон выживания – диапазон изменения какого-либо фактора среды, в пределах которого возможно существование организма данного вида (область количественного значения фактора) или данного типа почвы.
О положениях и границах интервала судят по разности проявлений жизнедеятельности на действие фактор – функция отклика. Обобщенная функция отклика отражает степень благоприятного воздействия среды или сообщества – фаза благополучия. Она характеризует экологический потенциал вида по отношению к данному фактору. Ее количественное выражение – выживаемость и численность популяции (Розенберг и др., 2002, рис. 80).
Рис. 80. Диаграмма выживания
Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды. Первоначально это был закон, сформулированный советским геофизиком Г. Ф. Хельми (1967) – «закон растворимости экосистем в чужой среде».
Любая природная система может развиваться только за счет использования материальных ресурсов, энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Поэтому абсолютное изолированное саморазвитие экосистем не возможно. Участок леса среди лугов, в чужой среде, сначала теряет лесные виды трав, животных, приобретает парковый характер, сменяется лугом.
Закон снижения энергетической эффективности природопользования С. А. Подолинского. С ходом исторического времени при получении из природных систем полезной продукции в среднем на единицу затрачивается все больше энергии.
Увеличение затрат на удобрение и обработку полей в десятки раз создает предпосылки для роста урожая только на 10–15 %. Этот закон согласуется с Законом совокупного действия природных факторов.
Закон совокупного (совместного) действия природных факторов (Э. Митчерлиха, А. Тиннемана, Б. Бауле). Величина урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно.
Закон внутреннего динамического равновесия. Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем в их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.
Следствия:
1. Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических качеств экосистем) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер.
2. Взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов (энергии, газов, жидкостей, субстратов, организмов – звеньев пищевой цепи), информации и динамических качеств природных систем количественно не линейно, то есть слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильное отклонение в других показателях и во всей системе в целом.
3. Производимые в крупных экосистемах перемены относительно необратимы. Проходя по иерархии снизу вверх – от места воздействия до биосферы в целом – они меняют глобальные процессы и, тем самым. переводят их на новый эволюционный уровень.
4. Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала (это соответствует правилу «тришкиного кафтана»), увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений.
В основе действия закона экологического равновесия лежат энергетические процессы.
Почва проявляет эквифильность. Выбирает «поведение» для сохранения динамического равновесия или приспособления к изменениям факторов среды с помощью обратных связей за счет буферности или способности служить геохимическим барьером. Это свойство присуще всем саморазвиваемым и саморегулируемым природным системам. Самоуправляемая система стремится сохранить свою целостность, структуру, статус (Апарин и др., 2006).
Правила и принципы экологии
Правило меры преобразования природных систем. В ходе эксплуатации природных экосистем нельзя переходить пределы, позволяющие экосистемам сохранять свойства самоорганизации и саморегуляции.
Саморегуляция поддерживается двумя механизмами: соотношением компонентов внутри системы и взаимодействием подсистем и систем того же уровня на конкретной территории.
Черноземы лесостепные и лугово-степные зонально поддерживаются, но постепенно деградируют, сохраняя при этом тенденцию к восстановлению лишь при создании естественных условий их образования. Черноземы в данных регионах – уязвимые почвы экосистем.
Выводы:
1. Единица возобновимого ресурса может быть получена только в определенный отрезок времени (например, урожай).
2. Перешагнуть через фазу последовательного развития экосистем с участием живого, как правило, не возможно. Например, хвойный лес приживается только в устойчивой экосистеме лиственного леса.
3. Преобразование природы не должно выводить экосистему из состояния равновесия путем избытка какого-либо средообразующего компонента. Если это произошло, то требуется достаточная компенсация в виде относительно непреобразованных экосистем (оптимальная структура территории, лесистость и др.). Этот вывод согласуется с законом толерантности.
4. Преобразование природы, если оно не восстановительное, дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения какого-либо показателя в смежных местностях или в биосфере.
5. Хозяйственное воздействие затрагивает не только ту экосистему, на которую оно направлено, но и ее надсистему, стремящуюся нивелировать производимые изменения. Поэтому расходы на преобразование природы никогда не ограничиваются вложениями непосредственно в планируемые воздействия.
6. Природные цепные реакции никогда не ограничивают изменение вещества и энергии, но затрагивают динамические качества экосистем.
7. Вторичное, постепенно сложившее равновесие устойчивее, чем первичное, но потенциальный запас преобразований (будущие возможности) при этом сокращаются. Этот вывод согласуется с законом толерантности. Он просто «кричит» об опасности любого вида деградации или токсикации почв.
8. Длительные технические системы воздействия всегда менее эффективны, чем направляемые естественные. Насыщенность агротехникой и удобрениями за 60 лет увеличилась в 350–2800 раз, а урожай – не более чем вдвое.
9. Технические воздействия имеют тенденцию превращаться в постоянные и все усиливающиеся, вплоть до полной замены саморегуляции экосистем техническим регулированием. В 20-х годах прошлого века тракторов было в 100 раз меньше, чем в 90-х, минеральных удобрений в 350 раз, площадь посевов – в 2 раза.
Правило интегрального (материального) ресурса. Конкурирующие в использовании конкретных природных систем отрасли народного хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемые компоненты или всю экосистему.
Иначе говоря, использование природных ресурсов в одних целях затрудняет или исключает возможность их использования в других целях. Гидросооружения (ГЭС, ВДХ), орошение полей в сельском хозяйстве, промышленные предприятия, а также судоходство, рыбоводств используют один природный ресурс – воду. Чем полнее его эксплуатируют одни отрасли (сельское хозяйство в периоды засух, гидросооружения при малоснежных зимах), тем меньше его достается другим отраслям народного хозяйства. В худшем положение оказывается рыбоводство. Состояние самой экосистемы – под угрозой. Для гидросооружений, сельского хозяйства, судоходства важно только количество воды, а не ее качественный состав. Фактически, за состояние водоема, как экосистемы, среды обитания никто не отвечает. Необходимо для каждого ресурса установить лимиты его использования, которые и должны распределять между собой отрасли народного хозяйства.
Это правило применимо и к почве. В данном случае его можно сформулировать следующим образом: «Конкурирующие в использовании почвенных ресурсов отрасли народного хозяйства (структуры и ведомства) неминуемо наносят ущерб друг другу и тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемые почвы». При этом использование земель для несельскохозяйственных нужд осложняет или исключает возможность будущей их эксплуатации в сельском хозяйстве. Ответственность за нарушение почв не спасает сами почвы.
Правило неоднозначного действия факторов (Розенберг и др., 2002). Каждый экологический фактор неоднозначно влияет на разные функции организма: оптимум для одних процессов может быть пессимумом для других. Аналогично прочтение этого правила, в варианте, когда вместо термина «организм» будет вписан термин «почва».
Принцип неполноты информации (принцип неопределенности). Информация при проведении преобразований природы всегда недостаточна для априорного суждения о возможных результатах, особенно в перспективе. Это связано с исключительной сложностью природных систем, их индивидуальностью и неизбежностью цепных реакций, направление которых трудно предсказуемо.
Принцип обманчивого благополучия (или эйфории от первых успехов, связанных с поспешностью суждений). Первые успехи или неудачи в природопользовании могут быть кратковременными. Они могут быть следствием допингового воздействия на экосистему. Успех мер объективно можно оценить лишь после выяснения хода и результатов природных цепных реакций в пределах естественных природных циклов в течение десятилетий. Казахстанская целина в 1956 г. дала урожай в три раза больше, чем в 1953 – до ее освоения. Но уже в 1960–65 гг. начались пыльные бури, эрозия, почва деградировала.
Принцип естественности (правило старого автомобиля). Технические системы управления природой требуют все большего вложения средств. Для поддержания производительности ежегодно необходимо все больше средств, в итоге возрастает разница между выходом продукции и затратами на ее получение.
Биогеохимические принципы В. И. Вернадского направлены на увеличение КПД биосферы в целом (Розенберг и др., 2002).
Первый принцип. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.
Второй принцип. Эволюция видов в ходе геохимического времени, приводит к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.
В. А. Ковда (1985), проанализировав более 1300 образцов золы современных высших растений, показал, что их зольность возрастает в ряду от древних таксонов к более молодым. Биоморфы в ходе эволюции активно вовлекают новые минеральные вещества в биологический круговорот (Розенберг и др., 2002).
Третий принцип. В течение всего геологического времени заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало.
Эмерджентность:
• наличие у системного целого особых свойств, не присущих составляющим его компонентам, а также их сумме;
• целое всегда больше суммы его частей (определение из античности).
По мере объединения компонентов в более крупные системы, у них возникают новые свойства, отсутствующие на предыдущих уровнях.
Принцип эмерджентности. Общее влияние лимитирующих факторов может превысить сумму положительных эффектов других факторов.
Эмерджентность может проявляться в следующих видах.
1. Синергизм – когда одно вещество усиливает свойства другого. Воздействие суммы загрязнителей А и Б значительно больше, чем сумма воздействия отдельно веществ А и Б.
А + Б ≥ (А) + (Б)
2. Суммация, аддитивное действие. Свойства суммы равно сумме значений величин.
А+Б = (А) + (Б)
3. Анагонизм. Одно вещество подавляет действие другого.
А +Б ≤ (А) = (Б)
Эмеджентные свойства почвы проявляются в результате взаимодействия компонентов, а не изменения самих компонентов. Факторы и условия почвообразования не «сплавляются», а интегрируются, обуславливая появление уникальных почв» (Апарин, 2006, с. 184). К эмерджентным свойствам ученый относит способность ферментов выступать в качестве биологических катализаторов и способность почвы к саморегуляции.
«Законы» (постулаты) Барри Коммонера
Среди большого числа, общепринятых в экологии законов, особое место занимают «законы» Б. Коммонера (1974). Четкие, как афоризмы Козьмы Пруткова, насыщенные информацией, они, фактически лежат в основе всех теоретических зависимостей, установленных его последователями. Из уважения к ученому, фактически, первому сформулировавшему основные закономерности в науке, его постулаты – изречения называют законами. Они наиболее понятны и легко запоминаются.
«ВСЕ СВЯЗАНО СО ВСЕМ».
Если в одном месте мы пустыню
превратим в цветущие сады,
в другом месте, цветущие сады
превратятся в пустыню.
Н. Ф. Реймерс
Автор это понимал так: «все это следует из простого факта: все связно со всем. Система стабилизируется благодаря своим свойствам, которые под влиянием перегрузки могут привести к драматической развязке. Экологическая сеть подобна усилителю: небольшой сдвиг в одном месте может вызвать отдаленные, значительные и долговременные последствия в другом месте».
«ВСЕ ДОЛЖНО КУДА-ТО ДЕВАТЬСЯ». Речь идет о продуктах и веществах, выпавших из биосферного круговорота. Ошибочной была постановка вопроса о создании безотходной технологии по аналогии с природой. В природе как раз отходы есть всегда, но она их гениально утилизирует. Выпавшие из биосферного круговорота в течение прошлых геологических эпох органические продукты – источник образования угля, нефти, янтаря.
В литературе этот постулат иногда приводят в другой формулировке: «На всех не хватит» и объясняют, что она отражает общую закономерность, все формы конкуренции, соперничества и антагонизма в природе и обществе.
«НИЧТО НЕ ДАЕТСЯ ДАРОМ».
Чтобы уметь управлять
Природой,
надо уметь ей покоряться.
Японская мудрость.
Приведем высказывание автора: «глобальная экосистема представляет собой единой целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно, и которое не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен».
Деятельность человека, как бы полезна она не была, тоже имеют другую сторону медали – антропогенез опасен природе. За все приходится платить. За неблагоприятную окружающую среду, созданную людьми, они же расплачиваются собственным здоровьем.
«ПРИРОДА ”ЗНАЕТ“ ЛУЧШЕ».
Природа не признает шуток,
она всегда правдива, всегда серьезна,
она всегда права,
ошибки же и заблуждения
исходят от людей.
Гете
Природа действительно знает лучше. Если в местности есть болото, пруд, река, то они должны остаться. И поворачивая реки вспять, осушая болота, мы только ухудшаем, часто безвозвратно территорию. «Природа знает лучше, что делать, – писал Б. Коммонер, а люди должны решить, как сделать это возможно лучше» (1974).
«Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться», – считал Леонардо да Винчи.
