Лекция 1
Введение в экологию
1. Предмет экологии
Экология – наука биологического цикла, сформировалась в рамках биологической науки. Ее предмет:
1) взаимоотношения живых организмов между собой и окружающей неживой природой (средой);
2) закономерности размещения и организации сообществ растений и животных;
3) динамика их численности;
4) факторы выживания и продуктивности;
5) потоки энергии и круговороты веществ, в которых участвуют организмы.
Наиболее краткое определение экологии: наука о взаимоотношениях организмов и среды их обитания.
Термин «экология» (от греч. oikos – жилище, обитель, дом и logos – слово, учение) ввел в 1866 г Эрнст Геккель (1834–1919) – немецкий зоолог, дословно он означает «знание, учение о доме, обители, месте обитания».
Это и другие определения науки экологии не уточняют, включается ли в число «организмов» человек – не просто как биологический вид, а как человеческое сообщество, вместе со своими хозяйством и специфической средой обитания, т. е. как цивилизация.
При определении предмета науки экологии необходимо решить вопрос, будет ли человеческое общество включаться в число «живых организмов природы». К решению этой проблемы в современной экологии существует два подхода, две системы взглядов на взаимоотношения Человека и Природы.
1.1. Антропоцентрический, технологический, технократический подход к решению вопроса о месте человека в природе
Согласно этому подходу человек не включается как цивилизация в число организмов природы. Считается, что законы, управляющие жизнью сообществ растений и животных в природе не распространяются на человека (или играют подчиненную роль по отношению к законам жизни людей).
Живая природа и человеческое общество рассматриваются как 2 разные системы, внутренние связи в каждой из которых сильнее и существеннее, чем связи между ними.
При таком подходе собственно экология остается в классических рамках – биологии, предметом экологии как науки остается взаимоотношение живых организмов природы и среды их обитания, а для человека и связанных с его деятельностью экологических проблем отводится наука об окружающей среде.
При таком подходе взаимоотношения человека и природы строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. Возникшие проблемы окружающей среды считаются следствием неправильного ведения хозяйства, высокой отходности и ресурсоемкости, несовершенства технологий. Потому эти проблемы выглядят принципиально устранимыми технологическим путем, а законы природы не могут и не должны мешать экономическому росту, научно-техническому и социальному прогрессу человечества.
Антропоцентрический подход характерен для многих политиков, экономистов, хозяйственников и представляется естественным для большинства инженеров вынужденных решать проблемы загрязнения окружающей среды для своего конкретного предприятия в рамках своих служебных обязанностей.
1.2. Биоцентрический или экоцентрический подход к проблеме взаимоотношений человека и природы
Биоцентрический или экоцентрический подход основан на представлении, что человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой обязан принимать ее условия.
Развитие человеческого общества – часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необратимости и отбора.
Возникновение проблем окружающей среды обусловлено не просто ее загрязнением, но превышением порога выносливости биосферы, нарушением ее регуляторных функций. Последние (регуляторные функции) не могут быть восстановлены или изменены только технологическим путем.
В рамках экоцентрического подхода прогресс человеческой цивилизации ограничен – его (её – цивилизации) безусловной зависимостью от состояния живой природы и ее законов.
Экоцентрический подход характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков, воспринявших экологическую ориентацию глобальных проблем, а также для стихийного экоцентризма части людей. Другие точки зрения на проблему взаимоотношений человека и природы – от полного равнодушия до крайней тревоги – лишь крайние варианты двух указанных подходов.
В последние десятилетия угроза глобального экологического кризиса заставила рассматривать человеческую деятельность на планете с позиций живой природы. Произошло расширение предмета экологии как науки. Экология стала рассматривать проблемы окружающей среды с позиций достижений как биологии, так и других наук о земле, физики, химии, различных инженерных наук, предъявляет новые требования к информатике и вычислительной технике, находить приложение в экономике, политике, социологии, этике.
Этот процесс проникновения экологии в другие области знания получил название экологизации, а экология как наука в настоящее время трактуется как: «Междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи».
2. Структура науки экологии
В настоящее время экология превратилась из частного раздела биологии, знакомого узкому кругу специалистов, в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, который часто называют мегаэкологией, т. е. «большой экологией», или макроэкологией. Сейчас выделяют несколько разделов «большой экологии»:
Экология | ||
Фундаментальные экологические дисциплины: | Прикладные экологические дисциплины: | |
Общая экология | Экология промышленности | |
Биоэкология | Экология сельского хозяйства | |
Геоэкология | Экология транспорта | |
Экология человека, социальная экология | Промышленная экология | |
Охрана природы | ||
Глобальная экология | Охрана окружающей среды |
Общая экология объединяет разнообразные экологические знания на едином научном фундаменте. Ее ядро – теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем, в том числе эколого-экономических и природно-хозяйственных систем.
Биологическая экология – основа экологии. Главные ее части:
1. Экология естественных биологических систем:
- особей как представителей определенных видов (аутоэкология);
- популяций (популяционная экология, или демэкология);
- многовидовых сообществ, биоценозов (синэкология), экологических систем (биогеоценология, учение об экосистемах).
2. Экология таксономических групп организмов — царств бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т. п.
3. Эволюционная экология — учение о роли экологических факторов в эволюции и о смене экологических условий в истории Земли.
Именно биоэкология на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизни сообществ организмов изучает взаимодействие биологических структур с окружающей средой. Биологические структуры – разного уровня, от отдельной живой клетки до биосферы в целом.
Геоэкология – изучает взаимоотношения организмов и среды с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов. В нее входят:
1) экология обитателей разных сред (наземной, почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком);
2) экология природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустынь, тропических лесов и др.);
3) экология ландшафтов (речных долин, морских берегов, болот, островов, гор, коралловых рифов и т. п.);
4) экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов.
Экология человека и социальная экология – изучает взаимодействие человека с окружающей средой его жизни и хозяйственной деятельности – природной, техногенной, социально-экономической, культурной (по существу – изучает экологические ниши и потребности человека). Экология человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и социальной средой.
Глобальная экология (экосферология) – сформировалась на стыке биоэкологии и геохимии Земли, на основе изучения роли живых организмов в планетарной трансформации солнечной энергии и в круговороте химических элементов. Глобальная экология включает в себя учение о биосфере — глобальной экологической системе, и ее взаимодействию с техносферой.
Экология промышленности, экология сельского хозяйства, экология транспорта, промысловая экология – прикладные экологические дисциплины, занимающиеся решением и предотвращением экологических проблем в соответствующих отраслях человеческой деятельности.
Охрана природы – комплексная межотраслевая дисциплина, которая разрабатывает принципы и методы сохранения и восстановления природных ресурсов, сохранения качества природной среды.
Охрана окружающей среды – комплексная межотраслевая дисциплина, которая разрабатывает принципы и методы обеспечения оптимального для здоровья и жизни человека состояния окружающей его среды – природной, техногенной, социально-экономической, культурной.
Основная практическая значимость экологии – осуществление научного контроля природопользования, в основе которого должны лежать законы экологии и экономики природы (не только природные биоресурсы, но и пространства территорий и акваторий, земля, вода, воздух, солнечный свет, агроресурсы, продукты недр – все что участвует в природных и антропогенных трансформациях энергии и круговоротах веществ.
Из приведенной структурной схемы составных частей экологической дисциплины следует:
1. Экология ≠ охрана окружающей среды (соотносятся как общая и частная – прикладная дисциплины).
2. Экология ≠ состояние окружающей среды (даже на бытовом уровне не стоит приписывать название большой науки категориям элементарной чистоплотности).
3. Охрана окружающей среды ≠ охрана природы. Охрана окружающей среды занимается сохранением окружающей среды, чтобы она всегда оставалась пригодной для жизни в ней самого человека, как биологического вида. Охрана природы занимается сохранением окружающей среды от деструктивной по отношению к ней деятельности человека.
В целом же, с экологической точки зрения, концепция охраны порочна с самого начала, так как деятельность следует строить таким образом, чтобы не допускать, предотвращать эффекты и результаты воздействия на природу и человека, от которых их потом приходится «охранять». Сохранить качество окружающей человека среды невозможно без участия природных экологических механизмов.
3. Проблемы экологии
Объем антропогенного воздействия на биосферу в 20-м веке приблизился к пределу ее устойчивости, а по некоторым параметрам его превзошёл, о чем свидетельствует:
- резкое сокращение площади ненарушенных экосистем, их деградация, необратимое количественное и качественное обеднение биосферы;
- потребление возобновимых природных ресурсов (вода, почва, биомасса растений и животных) достигло или превысило темпы их естественного прироста;
- химическая деформация среды как результат загрязнения отходами человеческого хозяйства, угроза здоровью людей;
- разомкнутость антропогенного круговорота веществ (отходы содержат много веществ и материалов, не утилизируемых в естественных круговоротах – ксенобиотиков);
- резкое сокращение запасов невозобновимых (минеральных и топливных) ресурсов.
В геологической истории земли и раньше происходили значительные изменения растительного покрова, ландшафтов суши, химического состава атмосферы и климата. Но никогда эти нарушения не происходили так быстро, что и означает наступление глобального экологического кризиса.
Природа отвечает на антропогенное давление часто непредвиденными изменениями, создающими экологическую опасность:
- антропогенное преобразование ландшафтов и их загрязнение имеют неконтролируемое последствие в виде зон экологического риска, экологических бедствий, экономических потерь;
- избирательное воздействие на отдельные виды микроорганизмов, растений, животных вызывает неконтролируемые цепные реакции нарушают устойчивость экосистем, ведут к их разрушению;
- мутации живых организмов под действием химического и радиационного загрязнения среды (повышенная устойчивость, адаптивность, иногда – опасные для человека свойства мутантов).
Для человека характерны совершенно немыслимые в природе:
- наследственные заболевания;
- наследственная предрасположенность к болезням;
- низкий иммунобиологический статус;
- возрастная хронизация болезней.
Проблемы экологии перерастают в проблемы здравоохранения.
Человечество приобрело черты цивилизации потребления, экономика ее поддерживается преимущественно за счет провокации большого числа вторичных, факультативных потребностей, удовлетворение которых ведет к избыточной технологической нагрузке на природу и окружающую человека среду.
Потребности «нового» человека:
- новые требования к гигиене (СМС, концепция одноразовости);
- высокотехнологичные потребности (телевидение, компьютер, отдых технологии связи, транспорт, мода и т. д.).
Именно с удовлетворением этих вторичных, факультативных потребностей современного человека и связано резкое увеличение энергопотребления на одного человека в 60 раз в современных индустриально-развитых странах.
В результате еще более:
1) растет потребление энергии;
2) растет потребление природных ресурсов;
3) растет количество отходов;
4) еще более растет загрязнение окружающей среды.
4. Задачи экологии
Главная задача экологической науки – консолидация ее различных разделов и огромного фактического материала на единой теоретической платформе для создания системы реальных взаимоотношений природы и человеческого общества.
Решение главной экологической задачи связано с решением ряда научно-практических задач:
- диагностика состояния природы планеты, определение порога выносливости биосферы и степени обратимости ее изменений;
- прогнозирование регионального и глобального состояния окружающей среды при разных сценариях экономического и социального развития стран, регионов и человечества в целом;
- отказ от природопокорительской идеологии и создание новой, направленной на экологизацию экономики, производства, техники, политики, образования;
- формирование экологического мировоззрения, которое приведет масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и предотвратят глобальный экологический кризис.
5. Методы экологии
Методическая основа современной экологии – сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.
Системный подход присутствует во всех экологических исследованиях, так как любой объект экологии представляет собой систему или часть системы в силу всеобщей связи элементов живой природы.
Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого экологического исследования. К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачности, солености и химического состава воды; определение характеристик почвенной среды, измерения освещенности, радиационного фона, напряженности физических полей, определение химической и бактериальной загрязненности среды и т. п.
Экологический мониторинг — периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды. В настоящее время техника экологического мониторинга быстро развивается, используя новейшие методы физико-химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных.
Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей.
Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов экологии. В их число входят различные, подчас сложные и длительные наблюдения в природе, различные экспериментальные подходы, когда в лабораторных условиях регистрируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных, а также анализируется применимость полученных на животных результатов к экологии человека.
Группу методов изучения взаимоотношений между организмами в многовидовых сообществах составляют натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, пищевого поведения, опыты с переносом «меток», например радиоактивных изотопов, с помощью которых можно определить, сколько органического вещества и энергии переходит от одного звена пищевой Цепи к другому: от растений к травоядным животным, от травоядных к хищникам.
Методы математического моделирования. Потребность в них для целей управления и прогнозирования очень велика. В свое время были получены обобщенные аналитические модели многих экологических процессов. Но реальные объекты экологии столь сложны, что с трудом поддаются строгому математическому описанию даже при значительном упрощении задач. Поскольку в большинстве случаев речь идет о многоуровневых нелинейных задачах с большим числом переменных, аналитические решения практически невозможны, и на первое место выдвигаются численные методы имитационного моделирования, глобального моделирования, основанные на применении современной вычислительной техники. Они позволяют рассматривать варианты сценариев и строить обоснованные прогнозы глобального развития.
Однако в настоящее время количественная оценка процессов, происходящих в природе, ограничивается сложностью и многообразием этих процессов. В настоящее время математический расчет параметров и процессов, идущих в биосфере требует большего времени, чем весь период существования Земли как твердого тела. Потенциально-осуществимое разнообразие природы оценивается числами от 101000 до 1050.
