Сельское хозяйство - наиболее широко распространенный антропогенный фактор преобразования экосферы, или, иными словами, глобальных изменений. Это важнейшая система жизнеобеспечения общества: сельское хозяйство обеспечивает 98-99% массы продуктов питания людей на Земле, в том числе 87% белкового питания. Поэтому чем выше численность населения и больше его потребности, тем больше роль сельского хозяйства и тем значительнее его воздействие на экосферу.
Сельскохозяйственные системы, как земледельческие, так и животноводческие, занимают в мире около 50 млн. км2, или 38% свободной от льда суши. Из них пашня занимает около 30%, и пастбища - 70%.
Разнообразие типов сельскохозяйственных систем огромно. Оно зависит как от природных условий, так и особенностей применяемых технологий. Поэтому сельскохозяйственные системы называют также агроэкосистемами. В простейших системах земледелия агротехнические операции сводятся, последовательно, к несложной подготовке почвы к посеву, заделыванию зерна во влажную почву, борьбе с сорняками и вредителями, сбору того, что выросло, переработке урожая и сохранению части его в качестве семян для следующего сельскохозяйственного года. С другой стороны, в сложных системах уровень технологии чрезвычайно высок. Например, в польдерах Нидерландов осуществляется управление оптимальным режимом развития растений. Уровень капиллярной каймы грунтовых вод регулируется таким образом, чтобы корни культурных растений постоянно находились в этой зоне, не выше и не ниже, а питательные вещества в почве были бы доступны растению в необходимом, но не чрезмерном количестве. Соответственно, и урожаи, получаемые в различных агроэкосистемах, разнятся в десятки раз.
Не менее велико разнообразие животноводческих систем, в зависимости от природных и хозяйственных факторов. Наконец, существует большое количество комбинаций типов земледелия и животноводства.
Несмотря на свое разнообразие, сельскохозяйственные системы отличаются одной общей особенностью: все они оказали и продолжают оказывать глубокое воздействие на экосистемы и ландшафты. В процессе развития агроэкосистем преобразуется растительность: от естественного покрова - к пашне или пастбищу. В земледельческих системах естественный, флористически богатый растительный покров, часто многоярусный, замещается на единственную для данного сезона или года культуру. Система коренным образом трансформируется и упрощается.
При введении орошения изменяется и тип водного режима: от обычно непромывного к промывному.
Как и земледелие, животноводство имеет много разнообразных форм в связи с различиями природных условий и уровней развития общества. В животноводческих агроэкосистемах геоэкологические изменения более постепенны, но не менее глубоки. Не случайно, одна из проблем геоэкологии заключается в определении того, каким было исходное, доантропогенное состояние африканской саванны, поскольку она постепенно трансформировалась под влиянием многотысячелетнего и весьма интенсивного выпаса скота. В засушливых районах мира основная геоэкологическая проблема пастбищного скотоводства - постепенное истощение пастбищ, то есть прогрессирующее антропогенное опустынивание вплоть до уничтожения растительного и почвенного покрова.
В умеренном поясе преобладающее пастбищно-стойловое животноводство также приносит немало геоэкологических проблем, связанных с загрязнением почвы и воды отходами животноводства. Мы уже говорили о проблеме накопления навоза в Нидерландах в связи с понятием потенциальной емкости территории. Эта проблема характерна для всех районов интенсивного пастбищно-стойлового животноводства.
Естественные системы отличаются высокой степенью замкнутости баланса органического вещества и других компонентов. Разность между приходной и расходной частями баланса вещества в природной системе за год не превышает 1%, а обычно меньше. За счет этой малой доли и происходит направленная эволюция естественных систем. В сельскохозяйственных же системах цикл вещества разомкнут: вещество забирается человеком из системы в виде урожая, а семена, органические и минеральные удобрения, а также и пестициды, в нее вносятся. Вынос вещества составляет десятки процентов (обычно 40-80%) от годовой продукции биомассы. При этом чем продуктивнее агроэкосистема, тем больше отчуждение продукции, и тем система более неустойчива. Антропогенный привнос веществ в агроэко- систему оказывается на один-два порядка больше их естественного поступления. Таким образом, система коренным образом трансформируется.
Изменяются и физические процессы. Водная и ветровая эрозия почв усиливаются на один-три порядка. Почва уплотняется под воздействием сельскохозяйственных машин и орудий. Структура теплового баланса изменяется вследствие изменения как величины альбедо, так и затрат на эвапотранспирацию. Соответственно изменяется и водный баланс, и режим влаги в почве.
Биологические особенности, такие как биомасса, ее прирост, трофические соотношения, видовой состав, включая микроорганизмов и беспозвоночных и пр., коренным образом меняются.
Вследствие эволюции земледелия и животноводства сокращается сложность структуры ландшафтов, их устойчивость снижается и может поддерживаться только благодаря действиям человека.
Геоэкологические проблемы сельского хозяйства относятся к категории универсальных, то есть встречающихся в мире повсеместно. Они - продукт некоординированных действий миллионов крестьян.
Главная задача каждого хозяина - максимизировать урожай, сохраняя в то же время (а по возможности и повышая) естественное плодородие почв. Таким образом, они, каждый на своем поле, ведут постоянную и многовековую работу по достижению устойчивого сельского хозяйства. Результаты их действий, сложенные вместе по континентам и миру в целом, имеют глобальное значение.
Не всё в мире в процессе развития устойчивого сельского хозяйства было успешным. Пахотные площади увеличивались, но во многих случаях вследствие ухудшения состояния агроэкосистем снижалась урожайность культур. Значительная часть земель безвозвратно потеряна для сельского хозяйства в результате водной и ветровой эрозии почв, их засоления и заболачивания, и антропогенного опустынивания. Общая площадь безвозвратно потерянных и сильно деградированных земель находится в пределах 15 млн. км2 (11% свободной от льда территории мира), то есть сравнима с современной площадью пашни мира. Еще на 6 млн. км2 (5% территории мира) биологическая продуктивность значительно понижена в результате деятельности человека. Деградация как природных систем, так и агроэкосистем продолжается.
Сельское хозяйство оказывает существенное влияние на водный режим и водный баланс как небольших территорий, так и крупных, масштаба континентов или всего мира. Как правило, увеличивается поверхностный сток; соответственно снижается подземный сток и запасы влаги в почве. О решающей роли сельского хозяйства в многократном увеличении эрозии почвы уже говорилось выше.
Как уже обсуждалось ранее, деградация почв и снижение биологической продуктивности - одна из важнейших, может быть, наиважнейшая геоэкологическая проблема, потому, в частности, что снижение биопродуктивности сопровождается неуклонным ростом потребностей населения мира в продуктах питания.
Выше уже отмечалось, что растущий спрос на продовольствие может быть удовлетворен двумя путями: расширением пахотных площадей и интенсификацией сельского хозяйства. В обоих случаях неизбежно усиление геоэкологических проблем вследствие ухудшения состояния земель и повышения транспорта наносов и химических веществ. Таким образом, истинная стоимость продуктов сельского хозяйства (с включением геоэкологичских потерь и затрат в величину стоимости) на перспективу будет возрастать.
Часть V. Заключение. Выживание человечества?
Рост численности населения и опережающий его рост потребностей общества поставили перед человечеством общемировые задачи обеспечения продовольствием необходимой калорийности и состава, водой приемлемого количества и качества, территорией, обеспечивающей многие аспекты деятельности человека, энергией, не вызывающей глобальных геоэкологических кризисов, продуктами индустриальной деятельности, не приводящей к неприемлемому уровню загрязнения экосферы. Эти потребности неуклонно возрастают, переводя экосферу из кризисного, но все же устойчивого состояния к неустойчивому, а при дальнейшем развитии неустойчивости - и к глобальной катастрофе.
Все эти и подобные потребности удовлетворяются благодаря надежному функционированию экосферы и ее процессов, таких как глобальные биогеохимические циклы, глобальный гидрологический цикл, глобальный энергетический баланс и его географическое распределение, синтез и деструкция органического вещества, системы циркуляции атмосферы и Мирового океана и др. Значительная часть нужд человечества обеспечивается также благодаря добыче и переработке невозобновимых минеральных ресурсов (нефти, угля, руд, металлов и др.).
Из обсуждений в предшествующих главах можно заключить, что по отношению к интересам и задачам человечества, в масштабах времени нескольких поколений, экосфера выполняет четыре основные функции:
1)Устойчивое поддержание систем жизнеобеспечения;
2) Устойчивое поглощение и переработка продуктов жизнедеятельности человеческого общества;
3) Устойчивое воспроизводство возобновимых природных ресурсов (преимущественно биологических);
4) Обеспечение невозобновимыми (преимущественно минеральными) природными ресурсами.
Последняя из вышеупомянутых функций целиком вызвана деятельностью человека. Она чужда природе, и ее усиление вызывает рост неустойчивости экосферы. Первые три функции органически присущи экосфере и, в определенных пределах, устойчивы. При увеличении антропогенной и(или) естественной нагрузки, с ее выходом за допустимые пределы, устойчивость каждой из первых трех функций резко уменьшается. Роль человечества в снижении, а затем и разрушении устойчивости каждой из функций, - решающая.
С проблемами ограниченности природных ресурсов (возобновимых и невозобновимых) и загрязнением окружающей среды человечество в принципе может справиться, и такие подходы обсуждались в этой книге. Что касается восстановления антропогенно нарушенных глобальных систем жизнеобеспечения, то оно во многом находится за пределами возможностей человечества.
По всей видимости, эта ситуация сохранится на ближайшую перспективу, даже если правительства стран мира коренным образом изменят систему приоритетов по отношению к экосфере и ее элементам. Отсюда вытекает реальная возможность переступания через порог устойчивости экосферы с возникновением опасности для существования всего человечества. Так возникает проблема выживания человечества, и поэтому сохранение устойчивой экосферы - важнейшая проблема XXI века.
При этом результаты исследований глобальных изменений показывают, что предел устойчивости экосферы, зависящий от все возрастающего антропогенного давления на нее, - не ресурсный, а геоэкологический. В истории эволюции экосферы локальные и частные экологические кризисы возникали неоднократно. Во второй половине XX века человечество впервые столкнулось с глобальным геоэкологическим кризисом антропогенного происхождения. Глубокие исследования сложных, междисциплинарных процессов глобальных изменений, их взаимодействия с обществом, и разработка стратегий, основанных на этом понимании, может стать важнейшим вкладом геоэкологии в решение проблемы выживания человечества.
Вопрос выживания человечества может рассматриваться как обеспечение устойчивости системы взаимосвязанных глобальных проблем кризисного характера: геоэкологической, водной, демографической, энергетической, продовольственной, минерально-ресурсной. Как мы видели в предшествующих главах, эти проблемы возникают, потому что пока еще неограниченно растущие потребности общества приходят в противоречие с ограниченными природными ресурсами и "услугами" экосферы.
Невозможно сказать, какая из выше перечисленных кризисных проблем наиболее опасна или наиболее приоритетна. Приоритеты человечества в преодолении кризисов изменяются со временем, но сами проблемы не снимаются. Они становятся более комплексными, и проблема выживания все более усложняется.
Усложнение и углубление кризисных проблем в конечном итоге может привести к глобальной катастрофе, проявляющейся не только и не столько в ухудшении общемирового состояния окружающей среды и менее эффективном функционировании геоэкологических "услуг", но и в распаде ранее устойчивых политических, экономических и социальных систем, ухудшении здоровья людей, межнациональных конфликтах, голоде, военных столкновениях и пр.
По-видимому, не все кризисные проблемы подойдут к порогу возможной глобальной катастрофы одновременно. Наоборот, они, скорее всего, достигнут своего пика в различное время, но какая из них вызовет катастрофу, сказать заранее невозможно. Как уже обсуждалось выше в разделе 4.1, чтобы избежать катастрофы, необходимо разработать и осуществлять стратегии разрешения кризисных проблем на переходный период, от текущего состояния, близкого к неустойчивости, к устойчивости.
Проблема деградации систем жизнеобеспечения экосферы (геоэкологический кризис) - основной вопрос данной книги. Она вызвана увеличением антропогенного давления на природные и природно- общественные системы. В результате возникают такие вопросы как ограниченность природных ресурсов, как возобновимых, так и нево- зобновимых, дефицит пространства, загрязнение окружающей среды и антропогенная деградация систем жизнеобеспечения (снижение естественной биологической продуктивности, нарушение глобальных биогеохимических циклов, трансформация и деградация естественных ландшафтов, изменение естественного климата, деградация озонового слоя, ухудшение состояние почв и пр.). Основная стратегия на переходный период - сохранение эффективного функционирования систем жизнеобеспечения на основе понимания того, что предотвращение деградации систем существенно проще и экономичнее, чем их восстановление.
Для выполнения этой сложной задачи необходимо сотрудничество всех государств мира. Именно в этой области накоплен наибольший опыт разработки и выполнения международных конвенций по защите или восстановлению глобальных систем жизнеобеспечения. К этой категории относятся упоминаемые выше соглашения ООН, такие как Конвенция по изменению климата, Конвенция по защите озонового слоя, Конвенция по борьбе с опустыниванием, Конвенция по охране биологического разнообразия и др. Не все конвенции пока эффективно осуществляются, но само согласие правительств сотрудничать в этой области уже является важным фактором политической жизни.
Другие глобальные проблемы кризисного характера теснейшим образом связаны с геоэкологической проблемой.
Проблема дефицита водных ресурсов и ухудшения их качества (водная проблема) заключается в том, что во многих районах мира имеющиеся водные ресурсы приемлемого качества не обеспечивают потребность в них, что вызывает серьезные социальные, экономические и политические трудности. По мере роста населения и его потребностей дефицит водных ресурсов будет усугубляться и становиться все более серьезным препятствием в обеспечении устойчивости.
Стратегия на переходный период заключается в более тщательной разработке динамического равновесия между водными ресурсами и их потреблением в рамках долгосрочной системы управления устойчивым развитием региона. Кроме того, многие водные объекты относятся к нескольким государствам. Региональное международное сотрудничество, основанное на совместном управлении разделяемыми реками, озерами и морями, - важнейший инструмент устойчивости и мира. К этой категории относятся несколько сотен водных объектов, включая такие крупные и важные как Нил, Дунай, Меконг, Парана, Каспий, Арал, Балтика, Великие озера, Черное море и др.
Демографическая проблема заключается в росте численности населения мира и еще большем увеличении его потребностей, так что объем природных ресурсов и геоэкологических "услуг", приходящихся на душу населения, сокращается. Стратегия на переходный период должна заключаться в постепенном замедлении роста численности населения, а затем, возможно, и в ее сокращении. Одновременно должно снижаться потребление ресурсов и услуг.
Энергетическая проблема заключается в необходимости обеспечения человечества достаточным количеством энергии в настоящее время и на перспективу при условии сохранения благоприятного состояния экосферы с точки зрения климата, биогеохимических циклов и пр. Она решается посредством перехода от современной энергетики, основанной преимущественно на сжигании органического топлива, к использованию солнечной энергии в различных ее формах.
Продовольственная проблема это задача обеспечения растущего населения Земли продуктами питания при сохранении почвы как ресурсной базы сельского хозяйства, а также и соблюдении устойчивого состояния экосферы, то есть при условии решения геоэкологической проблемы. Основное направление стратегии на переходный период - укрепление устойчивости сельского хозяйства при неизбежном росте его интенсивности.
Минерально-ресурсная проблема связана с возрастающей потребностью общества в полезных ископаемых. Скорость образования полезных ископаемых значительно меньше скорости их добычи, и потому неизбежны частичные кризисы, связанные с дефицитом того или иного ископаемого, возрастающей стоимостью их добычи и ухудшением состояния окружающей среды вследствие горнорудной деятельности. Стратегия на переходный период заключается в экономии сырья и сохранении устойчивого состояния экосферы, а в более далекой перспективе - в неизбежном переходе к возобновимым заменителям.
Оценки будущего состояния экосферы выполняются на основе сценариев, отвечающих на вопрос "что будет, если...?". Согласно одному из реалистичных сценариев, разработанных в ООН, при условии, что во всех странах мира среднее количество детей в семье снизится до 2,1 чел., пик численности населения мира придется приблизительно на 2050 г., когда он достигнет 9,4 млрд. чел. Если отношение общества к использованию природных ресурсов и "услуг" экосферы не изменится, то к 2050 г. можно ожидать увеличения потребностей в продовольствии, по сравнению с настоящим временем, в 2 раза, в энергии - в 2,2 раза, в воде в 1,9 раза. Рост валового производства в мире должен стать за этот период четырехкратным. При этом географическое распределение природных ресурсов и геоэкологических "услуг" в целом не изменится, но станет еще более контрастным.
Дальнейшие антропогенные изменения экосферы при таком сценарии неизбежны. Использование земли для сельского хозяйства (земледелия и скотоводства) увеличится до 50% всей свободной от ледников площади суши, при этом площадь лесов сократится еще на 10%. Спрос на рыбу и другие морские продукты возрастет до 200 млн. т в год, тогда как ежегодный прирост рыбных ресурсов мира не превышает 85 млн. т. Соответственно будет расширяться разведение рыбы и других морских продуктов в садках (марикультура), что вызовет конфликты между пользователями прибрежной зоны, неблагоприятно повлияет на ее состояние, в особенности на мангровые побережья. Несмотря на усилия стран контролировать рост парникового эффекта, эмиссия углекислого газа в атмосферу может увеличиться в 2,3 раза, с соответствующими последствиями, обсуждавшимися в разделах V.2.4 и V.2.5. Городское население составит 72% всего населения Земли. Разница в доходах на одного человека в развитых и развивающихся странах увеличится в 2,8 раза, что приведет к дальнейшему росту политической неустойчивости. Хотя в целом продовольствия в мире будет достаточно, голод в отдельных странах сохранится, потому что он будет связан не с производстом продуктов питания, а с их распределением.
Выход экосферы за пределы устойчивости может совершиться не только вследствие развития глобального кризиса, но и из-за обострения региональных проблем. Например, водная проблема, связанная с неизбежно прогрессирующим снижением обеспеченности водными ресурсами (на душу населения) ряда стран Западной, Южной и Юго- Восточной Азии, может привести к таким социальным потрясениям, что раскачается и выйдет за пределы устойчивости вся мировая хозяйственно-политическая система, а через нее и вся экосфера.
Из-за взаимосвязанности явлений в экосфере последствия могут возникать не там, где имеется наибольшее антропогенное давление. Возьмем одну из важнейших проблем - обеспечение растущей потребности в энергии. Потребление горючих ископаемых нарастает очень высокими темпами, но весьма вероятно, что фактором, выводящим экосферу за пределы устойчивости, окажется не дефицит доступных горючих ископаемых, а неприемлемые геоэкологические последствия парникового эффекта, усиливающегося благодаря увеличивающимся, кумулятивным последствиям сжигания угля, нефти и газа.
Проблемы геоэкологии можно рассматривать в различных аспектах:
- По геосферам или их частям, как это было преимущественно выполнено в данной книге. При этом чрезвычайно важно учитывать взаимосвязи с другими геосферами;
- По природным поясам и зонам, например, экваториальному, или тропическому муссонному, что предопределяет основные зональные особенности природопользования в части эксплуатации возобновимых ресурсов;
- По крупным экологическим системам, таким, например, как Аральское море и его бассейн, или гидрогеологическая формация Огаллала, обеспечивающая водой для орошения ряд штатов Великих Равнин США;
- По политико-административным единицам, как, например, штат Калифорния в США или Красноярский край;
- По центрам и механизмам климатической активности, оказывающим природное и экономическое влияние на территории, соизмеримые с площадью континентов. К таким механизмам, можно отнести муссонную циркуляцию в Азии, или Эль-Ниньо-Южную Осцилляцию (ENSO).
Геоэкология как междисциплинарное научное направление еще только формируется, и деятельность человечества, преобразующая экосферу, неизбежно потребует дальнейшего развития этого направления.
Рекомендуемая литература
В сносках в тексте книги приведены наименования изданий на русском языке (в основном учебников), позволяющих расширить кругозор и фундаментальные знания читателя в области основных дисциплин, относящихся к системе наук, составляющих геоэкологию.
Для более углубленного изучения вопросов геоэкологии ниже приводится список публикаций междисциплинарного характера, также на русском языке, адресующихся к комплексным проблемам различной сложности, обсуждаемым в данной книге:
Арский Ю.М., Данилов-Данилъян В.И., Залиханов М. Ч, Кондратьев К.Я., Котляков В.М., Лосев КС. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? М.: Изд. МНЭИУ, 1997. 332 с.
Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости
жизни. М.: ВИНИТИ, 1995. 472 с. Лосев КС., Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., Котляков В.М., Залиханов М. Ч, Данилов-Данилъян В.К, Гаврилов И. Т., Голубев Г.Н., Ре- вякин B.C., Гракович В.Ф. Проблемы экологии России. М.: ВИНИТИ, 1993.
Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. Том 1-3. Перевод с английского. Под ред. Г.А.Ягодина. М.: "Прогресс", 1993-1996. Наше общее будущее. Доклад Международной Комиссии по окружающей среде и развитию. Перевод с английского. М.: "Прогресс", 1989. 372 с. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.638 с.
Розанов Б.Г. Основы учения об окружающей среде. М.: Изд. МГУ, 1984.372 с.
Учебное издание
Г.Н. Голубев
Геоэкология
Издается по решению Ученого совета географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова
Редактор Л.Н.Федосеева Дизайнер обложки Н.К.Попов Компьютерная графика: К.К.Ковалев
Подписано к печати 25.01.1999. Формат 60x90 1/8. Бумага офсетная № 1, 80 г/м2 Гарнитура Тайме. Печать офсетная. Усл. п.л. 22. Тираж 600 экз. Тип. зак. № dOiC, Москва.
Издательство ГЕОС Изд. лицензия Л.Р. № 050112 от 09.03.95. 109017, Москва, Пыжевский пер., 7. Тел.: (095) 230-80-92. Факс: (095) 951-04-43.
Н.В. и Якушовой А.Ф. М.: Высшая школа, 1991 и "Общая геоморфология" Леонтьева O.K. и Рычагова Г.И. М.: Высшая школа, 1988.
Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М.:
1 См., например, учебное пособие "Инженерная экология" для студентов высших технических учебных заведений, подготовленное И.И.Мазуром, О.И.Молдавановым и В.Н.Шишовым. М.: "Высшая школа", 1996, под общей редакцией И.И. Мазура. Том
[1] Для более углубленного изучения вопросов гидрологии рекомендуется учебник
В.Н.Михайлова и А.Д.Добровольского "Общая гидрология". М.: изд-во "Высшая
школа", 1991. 368 с.
[4] С вопросами водного хозяйства можно ознакомиться более детально в учебнике
А.Б.Авакяна и В.М.Широкова "Рациональное использование и охрана водных ресурсов". Екатеринбург: Изд-во "Виктор". 1994. 319 с.
[6] Уровень воды в заливе Карабогазгол на несколько метров ниже уровня Каспия, что обеспечивает постоянный поток воды в одном направлении, с последующим ее испарением в заливе. Это уникальный компонент водного баланса.
'Для более углубленного изучения вопросов геологии и геоморфологии имеется ряд учебников. Можно рекомендовать, в частности, "Основы геологии" Короновского
[9]
ВИНИТИ, 1995.472 с.
[11] Более детально с основными особенностями зональности ландшафтной сферы Земли можно ознакомиться в учебнике "Физическая география материков и океанов" под редакцией А.М.Рябчикова, М.: "Высшая школа", 1988. Раздел "Основные черты развития геосферы и планетарная дифференциация ее ландшафтов". С. 6-66.
