Проблемы, изучаемые экологией

Имеется несколько кардинальных проблем, в которых фокусируются основные направления и разделы современной экологии. Успехи в их решении в значительной мере определяют прогресс всей экологии, и поэтому на

их изучение должны быть направлены усилия в первую очередь.

Экологические механизмы адаптации к среде. Для

выявления этих механизмов методами экологии, прежде всего, необходимы исследования адаптивной структуры популяций. Перед экологами стоят такие вопросы, как изучение адаптивных черт поведения, географической, локальной и сезонной изменчивости, адаптивной ритмики биологических процессов в популяциях, приспособительного варьирования внутривидовых групп (семьи, стада, колонии, популяции и т. д.), приспособительных форм пространственного распространения животных и растений и т. д.

Особое значение приобретают вопросы, связанные со способами приспособлений популяций к крайним условиям, например, если изучаются биоценозы суши, адаптации к холоду, сухости, высоким температурам. Результатами таких исследований обусловлены успехи освоения человеком экстремальных ландшафтов — арктических, пустынных, высокогорных и т.д.

Регуляция численности популяций. Эта проблема лежит в основе разработки комплекса мероприятий, направленных на управление динамикой численности вредителей сельского и лесного хозяйства, переносчиков болезней человека и сельскохозяйственных животных, а также численности промысловых и разводимых видов. На результатах этих исследований базируется планирование масштабов промысла, прогнозирование результатов изъятия особей из популяций в разных условиях. Эти вопросы имеют первостепенное значение для рыбного хозяйства.

Оптимизация вылова рыбы, исключающая нарушения условий структуры популяций, невозможна без теории рыбного промысла, которая должна опираться на результаты детального изучения закономерностей роста, развития рыб определенных видов, размерно-весового состава популяций, индивидуальной и возрастной плодовитости в зависимости от условий среды обитания, а также влияния промысла на запасы рыб и условия их воспроизводства. Грамотный промысел требует грамотных эко-

логов, а теория промысла служит основой для составления долгосрочных прогнозов. Пример такого прогноза показан на рис. 1.2. Как видно из рисунка, при высокой начальной интенсивности промысла улов сайки через 25 лет ниже, чем при минимальных начальных размерах вылова. Кроме того, его динамика мало зависит от размера ячеи сетей.

Рис. 1.2. Прогнозы Гарро и Джойса для стада сайки при трех

режимах интенсивности промысла и трех размерах ячеи сети

(из Бигона, Харпера, Таунсенда, 1989).

Один из главных для современного сельского хозяйства вопросов заключается в разработке системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредителями путем всемерного развития и совершенствования биологических методов. Синтетическая теория динамики численности популяций может служить основой для многих мероприятий в направлении осуществления интегрированной борьбы с вредителями.

Управление продукционными процессами. Решение этой проблемы лежит в основе мероприятий, направленных на рационализацию использования биологических ресурсов. Сюда входят вопросы количественной характеристики энергетического потока на разных трофических уровнях, во-первых, фотосинтез и формирование первичной продукции, во-вторых, утилизация гетеротрофами энергии, полученной от первого трофического уровня, и, наконец, образование вторичной продукции. Кроме того, эта проблема включает следующие моменты: интенсивность прироста и траты на метаболизм; продукционная эффективность различных звеньев пищевых цепей; факторы, влияющие на направление продукционного процесса, на роль структуры сообществ в продукционно-энергетических отношениях и др.

В комплекс экологических исследований по этой проблеме должны также входить такие вопросы, как поддержание плодородия почвы, эффективность различных типов удобрений, рациональное размещение посевов и оптимизация режима возделывания почвы, предусматривающие не только получение высокого урожая, но и длительное сохранение плодородия и стабильности почвенных процессов, а также предохранение земель от истощения, эрозии. Сходный в принципе круг вопросов встает и в связи с необходимостью сохранения продуктивности моря и внутренних вод.

Устойчивость природных и антропогенных ценозов. Эта проблема связана с теорией сукцессии, с вопросами видового разнообразия и специфики ценотических отношений. В перспективе — сознательное размещение человеком устойчивых и неустойчивых экосистем

в оптимальном сочетании, использование регуляторных механизмов в агроценозах. Такие исследования позволят в будущем создавать принципиально новые структурные единицы биосферы — природо-хозяйственные экосистемы, в которых должны преобладать черты устойчивости, стабильности, максимальной эффективности продукционного процесса.

Экологическая индикация. Сюда входит чрезвычайно широкий круг вопросов как теоретических, так и тесно связанных с нуждами различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, морского промысла, а также с необходимостью сохранения среды обитания человека.

Задачи экологической индикации — определение свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта и установление направлений их изменений по видовому составу обитающих в данных условиях организмов. Экологическая индикация широко используется для диагностики типов почв и установления направления изменений почвообразовательного процесса, для определения качества воды и воздуха, для поисков полезных ископаемых, особенно рассеянных, не обнаруживаемых с помощью обычных геологических и геофизических методов.

В нашей стране эти исследования охватывают достаточно широкий круг вопросов. В частности, разработан метод диагностики почв по характеру почвенной фауны. Обширные исследования проводятся по проблеме поисков полезных ископаемых на основании изучения растительного покрова. Большое значение приобретает использование экологической индикации при определении масштабов воздействия человека на природные процессы, в частности степени загрязнения вод, атмосферы и почвы. Для этой цели используются списки индикаторных организмов.

Кроме охарактеризованных выше общеэкологических проблем, имеется множество конкретных практических вопросов, которые не могут решаться без участия экологов. Сгруппируем их следующим образом.

1. Оздоровление ландшафта, т. е. разработка мер по ликвидации угрозы заболевания человека в результате

распространения различных заболеваний в природном ландшафте. В компетенцию экологии входит изучение природных очагов заболеваний; изучение экологии видов-возбудителей, переносчиков, резерваторов; выявление наиболее уязвимых мест в структуре природного очага с целью воздействия на него и др.

2. Восстановление нарушенных экосистем, т. е. ком-
плекс вопросов, связанных с нежелательными послед
ствиями деятельности человека и объединяемых общей
задачей — вернуть нарушенные части ландшафта в сферу культурно-хозяйственного использования. Примером
могут служить следующие проблемы: 1) рекультивация
нарушенных и выведенных из хозяйственного пользования земельных угодий — торфоразработок, терриконов,
отвалов при поверхностной добыче полезных ископае-
мых; 2) восстановление пастбищ, выведенных из сферы
нормальной эксплуатации перевыпасом; 3) восстановле-
ние эродированного почвенного покрова; 4) восстанов-
ление плодородия истощенных почв; 5) восстановление
продуктивных типов леса на месте интенсивных рубок;
6) восстановление продуктивности и других благоприят-
ных для человека свойств водоемов, нарушенных под
влиянием антропогенных факторов.

Основу для решения подобных вопросов дает выяснение специфики развития экосистем. Только зная, как протекают сукцессии, можно направлять рекультивационные процессы.

3. Утилизация органических отходов городов, т. е. разработка методов гумификации и минерализации органических отбросов, создание замкнутых технологических циклов с использованием разнообразных групп организмов, участвующих в процессах утилизации органического вещества и дающих определенный выход биологической продукции, которая используется в последующих звеньях единого производства. В основе решения проблемы лежит теория трофо-энергетического функционирования экосистем и круговорота веществ.

4. Переход от промысла к хозяйству, т. е. разработка принципов и стратегии перехода от «собирательства» к

высокопродуктивному земледелию, от «охоты» к культурному хозяйствованию, каковыми, например, являются полувольное и вольное разведение промысловых животных и их полное приручение; создание аквакультур рыб и промысловых беспозвоночных животных, мощных рыборазводных комплексов и многое другое.

В настоящее время в мире объем выращивания рыбы и других водных организмов достигает 6 млн. т (4 млн.т рыбы и по 1 млн. т моллюсков и водорослей), а добывается свыше 70 млн. т. По ряду прогнозов к концу XX в. продукция морского хозяйства увеличится до 40 млн.т.

Переход от промысла к воспроизводству — ближайшая перспектива лесного хозяйства. Ресурсы лесного промысла будут практически исчерпаны в 2000 г. (вырубка лесов, как констатировано во «Всемирной стратегии охраны природы», идет со скоростью 20 га в минуту и в мировом масштабе превышает прирост древесины в 18 раз). Лесистость планеты будет снижаться еще в течение нескольких лет со скоростью около 1 % в год и станет критической при мировой площади лесов около 20% от территории суши. После этого люди начнут усиленно растить леса не только для отдыха и получения древесины, но и «на кислород», ресурсы которого хотя и далеки от исчерпания, но тают на глазах.

5. Сохранение эталонных участков биосферы, т. е. разработка системы заповедного дела, направленной на длительное сохранение наиболее типичных ландшафтов, озер и других водоемов, экосистем, отдельных видов животных и растений, разных природных зон и поясов. Необходимо создание системы заповедных участков с разной степенью вмешательства человека в экосистему, от абсолютно заповедных до поддерживаемых человеком при заданном режиме. Заповедники следует рассматривать как экологические лаборатории, в которых могут быть выяснены многие аутэкологические и синэкологические вопросы. При планировании природных заповедников важно учитывать принципы и закономерности островной теории.

Т е м а 2