Географо-ценотические и экологические проблемы природной среды в условиях научно-технического прогресса

Природная среда во второй половине нашего столетия практически на всех континентах и во всех географических зонах, как видно на примере пустынь, оказалась охваченной процессами быстрых изменений. Однако оценка масштабов и значимости этих изменений в большинстве случаев еще не выходит за пределы субъективных суждений. Несомненным же при этом остается то обстоятельство, что техническая оснащенность, энерговооруженность, владение химическими, биологическими и военными средствами воздействия на окружающую среду при высокой хозяйственно-экономической активности человечества на фоне острых экономико-политических и межгосударственных разногласий дают в руки различных социальных групп мощные средства для осуществления макрорегиональных и даже глобальных трансформаций в биосфере. Последние необходидимо прогнозировать и превентивно регулировать.

Социально-культурное развитие человечества на данном его этапе стало одним из важнейших факторов преобразования географической среды и по существу ввело эволюцию биосферы в качественно новую фазу - фазу глобального распространения антропогенных сдвигов в природных процессах и уже поставило перед эволюцией органического мира специфические проблемы адаптогенеза и индивидуального развития в быстро изменяющейся среде и ценозообразования на основе новых связей организмов, мобилизующих свои биологические потенции.

Изменяющаяся среда жизни с ее деформированными экосистемами, "смятой" биотой и перераспределяющимися в пространстве (расселяющимися или резко сокращающими ареалы) организмами продолжает подчиняться общим зональным и региональным географическим закономерностям развития. Это выдвигает ряд острых актуальных эколого-географических, ценотических и биологических проблем, исследование и практическое разрешение которых представляется чрезвычайно важным для охраны окружающей среды и прогноза ее дальнейших изменений.

"Теоретической основой современных конструктивных подходов в географии служит концепция о тесной взаимной связи и взаимодействии всех компонентов географической среды, особенно усложняющихся под влиянием их хозяйственного использования. Наличие в сложных и динамических системах природно-географических структур определенных "опорных механизмов", контролирующих внутренние связи между различными компонентами среды, дает возможность управлять до известной степени этими связями, добиваясь определенных изменений в сочетании тех или иных компонентов, и прогнозировать их" (Герасимов, Калесник, 1968).

Среди актуальных биогеографических и экологических проблем быстро изменяющейся окружающей среды следует выделить три важнейшие: проблему "активного природного экрана", "смятых биот" и "целостности биологических систем различных уровней организации". В условиях широкого освоения засушливых земель разработка этих проблем имеет первостепенное значение и будет приобретать все большую остроту и значимость, поскольку сама их постановка вызвана условиями научно-технического прогресса. В настоящее время реализация крупных макрорегиональных проектов инженерного и сельскохозяйственного преобразования природной среды пустынных зон невозможна и не должна осуществляться без долгосрочного комплексного научного прогноза в отношении биологических и географических последствий хозяйственной деятельности.

Сущность проблемы "активного природного экрана" состоит в том, что сходные или просто одинаковые по своему характеру воздействия на природную среду хозяйственной (или военной) деятельности общества в условиях различных природных зон или разных по климатическому и ландшафтно-ценотическому фону регионов приводят к совершенно неравнозначным результатам и стимулируют начало вовсе не сходных природных процессов. Одни из них могут оказываться временными, с последующим возвратом к исходной природной ситуации, другие же представляют собой начало нового средообразовательного циклогенеза, определяемого тем не менее зональными свойствами, биологической глубиной "природного экрана", на который падают эти воздействия.

При этом возможно "пробуждение" тех, казалось бы, ранее несущественных свойств, которые при новых перестройках в биогеокомплексах активизируются и начинают играть существенную или даже ведущую роль в процессах средообразования, определяя характер и направление дальнейшей работы функциональных узлов экосистем. Последнее, собственно, и есть пробуждение дремлющих процессов, что определяет активизацию природного экрана, которая может иметь биотический характер (часто) или происходить на основе экзогенных абиотических явлений.

Наиболее ярким примером этого может служить неожиданное проявление морских абразионных процессов, размывание береговой линии в случае безвозвратной гибели прибрежных мангровых зарослей под влиянием химических агентов-дефолиантов и гербицидов, примененных США в 60-х годах в системе "военного экоцида" во Вьетнаме (Westing, 1970; Galston, 1974).

При этом наиболее ранимыми оказываются, с одной стороны, специализированные биогеоценозы со сложной структурой (как тропические, так и субтропические, пустынные) в центральных областях природных зон, отличающихся относительной стабильностью условий по сравнению с их краевыми территориями, а с другой - упрощенные "рыхлые" биогеоценозы экстремальных областей жизни, где выпадение какого-либо вида растения или животного, обеспечивающего один из биогенных узлов связей, вызывает трудно компенсируемые нарушения структуры или гибель биокомплекса. В условиях быстро изменяющейся среды жизни ярко выявляется диалектическая противоречивость природных процессов, их потенциальная двузначность, что обнаруживается иногда в парадоксах биологических реакций организма, кажущихся неадекватными окружающей среде.

Естественным прототипом антропогенной активизации природного экрана служит, как было показано, средообразующая деятельность животных, например грызунов-землероев. Одинаковое по характеру механическое перемещение почвы и грунта этими животными в разных природных зонах приводит к совершенно различным результатам. Так, в условиях сухой степи и полупустыни в результате роющей деятельности малых сусликов изменяется микрорельеф местности и условия локального увлажнения, а следом возникает сложный комплекс почвенно-гидрологических процессов, сопровождающийся миграцией солей и закономерной сменой растительного покрова. В условиях южной (субтропической) пустыни сходная "работа" землероев, преимущественно большой и полуденной песчанок и тонкопалого суслика, определяет развитие зоофитоэоловых процессов, приводящих к формированию специфического бугристого рельефа "саксаулово-эфедровых городков" в кустарниковой песчаной пустыне (Каракумы). При расселении грызунов на новые территории, например, при отступлении береговой линии Каспийского моря благодаря деятельности землероев активизируются процессы изменения растительного покрова с проникновением по сусликовинам некоторых специфических, в том числе сорных, видов. Как видно, исследование антропогенных деформаций в природной среде может основываться на анализе природных аналогий, служащих в этом случае их естественной моделью.

Одним из важнейших разделов проблемы активного природного экрана оказывается анализ последствий техногенеза, по-разному проявляющихся в условиях различных природных зон и не однозначно влияющих на биологический кругооборот веществ. "Техногенез, - по определению М. А. Глазовской (1972), - т. е. совокупность геохимических процессов, связанных с технической деятельностью людей, сопровождается извлечением из окружающей среды, концентрацией и перегруппировкой широкого ряда химических элементов и их минеральных и органических соединений. На всех этапах этого процесса некоторая часть продуктов техногенеза подвергается вторичному рассеянию и включается в миграционные циклы, свойственные той или иной ландшафтно-геохимической природной системе".

"В одних ландшафтно-геохимических условиях продукты техногенеза долго сохраняются и накапливаются в количествах, превышающих устойчивость данной природой ландшафтно-геохимической системы, активно включаются в биологический кругооборот и влияют, часто отрицательно, на живое вещество ландшафта. В других условиях те же самые по количеству и качеству продукты техногенеза легко "перерабатываются" природными ландшафтно-геохимическими процессами, быстро разлагаются, подвергаются ряду химических преобразований, рассеиваются на больших пространствах, в результате чего концентрация их понижается; или, наоборот, они преобразуются в настолько устойчивые инертные формы, что выводятся из общего миграционного потока и не включаются в биологический кругооборот. В этих случаях ландшафт легко "самоочищается" от продуктов техногенеза и, следовательно, обладает значительно большей устойчивостью по отношению к техногенным воздействиям".

Таблица 20. Группировка технобиогеом по вероятной интенсивности разложения минеральных и органических продуктов техногенеза в почвах (П) (Глазовская М. А., 1972)

Прогноз влияния техногенных процессов на ландшафты М. А. Глазовская основывает на разделении "всей совокупности изучаемых природных систем на прогнозные группы", названные "технобиогеомами". Ею предлагается группировка технобиогеом по вероятной интенсивности разложения минеральных и органических продуктов техногенеза в почвах (см. табл. 20) и в атмосфере (см. табл. 21) и деление территории СССР по признаку распространения этих групп.

Таблица 21. Группировка технобиогеом по вероятной интенсивности разложения продуктов техногенеза в атмосфере (А)

Следует заметить при этом, что Прикаспийская полупустыня, северные и южные пустыни, переходная, туранская подзона между ними, травяная саванна Бадхыза, предгорная пустыня Тянь-Шаня и западной части Памира, пустынные и полупустынные территории Закавказья и в известной мере лесостепье Европейской части СССР и Западной Сибири оказались сходными по показателям поступления энергии с опадом в пределах от 200 до 300 кал/см² при скорости разложения опада 7-14 лет, в то время как полупустыни Центрального Казахстана и все степные ландшафты от р. Дуная на западе до Алтая на востоке вошли в группу технобиогеом, характеризующихся скоростью разложения опада либо 4-9 лет при том же количестве энергии (200-300 кал/см²), поступающей с опадом, либо 5,1 - 1 год при поступлении энергии в этом случае в пределах 125-200 кал/см².

Перспективность этого комплексного географо-биогеохимического подхода к анализу развития природной среды, нарушенной техногенными воздействиями, несомненна. Вместе с тем необходима дальнейшая региональная детализация анализа с учетом специфики антропогенных перестроек биогеоценотических комплексов, выражающихся в сукцессионных сменах растительного покрова и животного населения, способных резко изменять суммарную биопродукцию с единицы территории как в сторону уменьшения, так и в сторону ее увеличения при определенных условиях (развитие сорной растительности и массовых видов животных). И то и другое не может не сказаться на характеристике технобиогеом, что выдвигает задачу исследования региональных аномалий в пространственном распределении типологических групп технобиогеом М. А. Глазовской.

Наряду с несомненной зональной обусловленностью последствий техногенных процессов и существованием их региональных биоценотических акомалий следует отметить элементы "универсальности", свойственные механическим нарушениям окружающей среды (целостности субстрата, почв, грунта и в итоге биогеоценотического покрова) в различных ландшафтно-зональных условиях. В природе это явление можно наблюдать на примере преимущественного расселения по точкам землеройной деятельности грызунов группировок сорной растительности, состоящей из видов эврибионтных, экологически пластичных и устойчивых, способных обитать на несформированных почвах.

Обширные инженерные, строительные, поисковые и водохозяйственные работы, проводящиеся в наше время практически на всей территории засушливых земель Средней Азии и Казахстана, привели к возникновению специфического субстрата для развития биокомплексов растений и животных в виде так называемого техногенного грунта, в том числе "техногенных песков". Основное свойство их - нарушенность естественной природной структуры почвы и грунта (физико-химических свойств, слоистости, гранулометрического и солевого состава, особенностей распределения влаги и т. п.). и разрушение первичного растительного покрова и животного населения. В результате восстановление растительности и биокомплексов техногенных песков происходит медленно с большими затруднениями и отличается от процессов регенерации биокомплексов на ненарушенном субстрате.

Примеры этого можно видеть при посадках древесно-кустарниковой растительности на отвалах песков и на пульпе от землесосных снарядов из перемешанных супесчаных и суглинистых грунтов по трассе Каракумского, Аму-Бухарского и других каналов в Средней Азии. Разработка систем фито- и биогеомелиорации техногенных грунтов с учетом их индивидуальной специфики в различных регионах и особенностей фона зональных факторов окружающей среды представляет собой в наше время при реализации проектов крупного гидротехнического строительства в Средней Азии и Казахстане (проекты межбассейнового перераспределения стока рек и расширения зоны орошаемого земледелия) важнейшую и ответственную научно-практическую задачу, требующую не только инженерно-технического, но в первую очередь и комплексного географического, экологического и географо-ценотического прогноза. Изменения природной среды могут охватывать не только узкую полосу, примыкающую к искусственным водотокам, но и трансформировать экологическую обстановку в больших регионах, вызывая расселение некоторых видов животных, смещение границ их ареалов и биологические перестройки в биогеоценотических комплексах.

Именно перспектива глубоких преобразований природной среды на обширных территориях выдвигает перед экологами и биогеографами сложную, прогностическую по своей направленности проблему трансформированных "смятых биот". Сущность ее - анализ возникновения новых биологических комплексов, формирующихся на основе различных реакций организмов, разной "податливости" видов на антропогенные воздействия (механические, химические и биологические). При этом одни виды полностью выпадают из состава комплекса, другие сокращаются в числе или переходят в иные биотопы, изменяется их поведение, образ жизни и плодовитость, некоторые же, напротив, могут резко повышать свою численность, расселяться, занимая освободившиеся экологические ниши, мобилизуя свои биологические потенции и обнаруживая неожиданно ранее неизвестные свойства и потребности.

В этом сложном процессе изменения соотношения видов организмов в комплексе (биогеоценозе, экосистеме) на фоне трансформации свойств самих организмов (подчас с изменением их экологического профиля и функциональной роли) происходит рождение нового комплекса как нового качества (эмержентный признак), определяющего тенденции дальнейшего развития всей экосистемы.

Проблема "смятых биот" может быть легче понята, если позволить образное сравнение. Представим биоту (совокупности всех живых организмов: животных, растений и микроорганизмов) какого-либо региона, зоны или всей планеты в виде каучукового шарика, лежащего на ладони. Если при этом сжать пальцы, то в случае реального шарика никаких существенных изменений в нем не произойдет, останутся разве лишь отпечатки пальцев и незначительная деформация волокон. В случае когда деформирующие воздействия падают на биоту, то по прекращении их можно обнаружить уменьшение размера "шарика" биоты, происшедшее в результате гибели некоторых специализированных видов, не способных перенести резкие и быстрые изменения природной среды. Но и в том случае если "шарик-биота" окажется после антропических воздействий неизмененным по размеру, то по своим качествам он может быть уже совершенно иным: одни виды выйдут из его состава, другие сократят свою численность и место (ареал), некоторые изменят свои свойства, наконец, окажутся такие, которые размножатся и займут пространство, освободившееся после первых, и, активизировавшись, начнут вытеснять коренные аборигенные виды. Функциональное равновесие исходного комплекса может быть глубоко и подчас катастрофически нарушенным, что уже само по себе служит предпосылкой для формирования новых связей и становления дочернего биогеокомплекса.

Проблема "смятых биот" оказывается, таким образом, одним из сложнейших биологических (этологических и физиологических) и эколого-ценотических исследовательских комплексов, тесно сопряженных с изучением индивидуального развития (его темпов и норм), ценозообразования и специфики эволюции органического мира в относительно нестабильной окружающей среде. При этом не следует забывать о географической обусловленности биологических процессов, о тех особенностях деформации биот, которые определяются "активным природным экраном" разных географических зон.

Следующая среди первостепенных проблем биосферы эпохи научно-технического прогресса - это интегральная проблема "целостности биологических систем". Она подразделяется на проблему "целостности индивида", т. е. целостности организма как саморазвивающейся системы, с ее прошлым, настоящим и будущим и закономерными нормами онтогенеза и физиолого-биохимических реакций и на проблему "целостности биогеоценоза", или элементарной экологической системы как основной единицы самовоспроизводящегося биопродуцирующего комплекса на Земле, который характеризуется зонально-географической обусловленностью его структурной организации.

Особое значение при этом имеет выявление условий устойчивости комплекса, динамичности схем его структурной организации, их регенерационной способности, целостности и надежности воспроизводительных механизмов экосистемы. Вопросы "целостности условий органической эволюции" непосредственно сопряжены с будущим биосферы и человечества, ее активнейшего агента, подверженного вместе с тем воздействиям окружающей среды, сказывающимся как на биологическом индивидууме, так и на социальных и географических группах, связи которых с природной средой хотя и не столь очевидны, но совершенно несомненны.

Явление биогенного расширения участков нарушения целостности биогеоценотического покрова

Нарушения структуры биогеоценоза, т. е. целостности биогеоценотического покрова, кратковременные или длительно поддерживаемые, имеющие источником естественную деятельность животных или некоторых растительных организмов, стихийные явления в абиотической среде или деятельность человека и влияние его хозяйства, вносят изменения в характер внутриценозных связей и пробуждают как регенерационные силы, так и сукцессионные свойства комплекса. Последние выражаются не только в смене группировок взаимодействующих организмов, но и в виде закономерной цепи процессов в биогенном слое биосферы. При этом абиотические процессы нередко имеют биогенное начало. Именно деятельность организмов и характер их взаимодействий определяют тенденции сукцессионных процессов. Типы их следует считать географически обусловленными.

Вместе с тем наблюдения показывают, что существуют реакции биогеоценотических комплексов, одинаково проявляющиеся в различных природных зонах и представляющие собой, таким образом, универсальный изоморфный эффект, возникающий при повреждении биогеоценотической связи, что наиболее заметно выявляется в нарушении структуры комплекса. Такой универсальной реакцией биогеокомплекса на повреждение оказывается саморасширение участка повреждения, наступающее относительно быстро, и последующее наращивание, напластование новых биологических связей на пространстве, примыкающем к участку повреждения.

Выделяются два процесса, следующие один за другим, отличающиеся общим характером пространственного выражения, но различающиеся по составу взаимодействующих компонентов и по их топографическому выражению. Оба процесса приводят к расширению, как бы самопроизвольному "вспуханию" и радиированию зоны активных экологических перестроек, которые фокусируются в точке непосредственного нарушения биогеоценотического покрова. Первый процесс-нарушение в структуре биогеоценоза вызывает прежде всего начало новых биогеоциклов во внутриценотическом механизме, что может отражаться в явлениях ландшафтообразования, второй процесс - проявление новых биологических связей (или утрата некоторых из них), развивающихся на значительных пространствах и приводящих к различным биологическим последствиям (интродукция новых видов, эпизоотические явления и др.).

Биогенная и вместе с тем ценотическая природа описанного феномена не вызывает сомнений. Он может быть подтвержден многочисленными примерами сложных перестроек в окружающей среде, спровоцированных случайными или преднамеренными изменениями ее деятельностью людей.

Сущность явления заключается в том, что любое серьезное нарушение целостности биогеоценоза и, следовательно, биогеоценотического континиума (как, например, повреждение субстрата или структурного элемента комплекса - крон деревьев и т. п., устранение одного из активно функционирующих сочленов или ярусов ценоза) создает "условие новизны" хотя бы на минимальном пространстве, равном метру или долям метра, что определяет возможность проникновения на эту территорию (в недра исходного биогеоценоза) новых видов растений, животных и микроорганизмов и последующего проявления их специфической деятельности на площади, уже превышающей размер первичного нарушения, ибо радиус влияния биологического агента обычно выходит за пределы точки его локализации. Затем зона деятельности этих новых видов как активных биологических агентов становится базой для дальнейших повреждений биогеоценоза под воздействием новых "оживших" абиотических процессов (ветровых и гидрологических или при продолжении цепи биогенных нарушений, поскольку деятельность новых видов оказывается условием проникновения дополнительных видов, сопутствующих первым), в результате чего участок первичного повреждения биогеоценоза спонтанно саморасширяется до известных экологически обусловленных пределов наподобие вспухающей, воспаленной раны.

В основе этого экологического явления лежат последовательные события: образование цепи биологических взаимодействий, перемежающихся включением и активизацией процессов в абиотической среде и в биоте, передача в некоторых случаях основной биорегуляторной роли от одних видов к другим и смена в связи с этим направлений и характера средообразовательного процесса. В качестве примеров могут служить: 1) средообразующая деятельность животных-землероев, сопровождающаяся циклическими изменениями среды, которые, как было показано в части I, обладают тенденцией к саморасширению до определенных пределов (в условиях Прикаспийской полупустыни это прежде всего размеры водосборной площади) и оставляют следы, долговременно существующие на земной поверхности (асимметричные серповидные западины в сусликовой полупустыне Северного Прикаспия, подкроновые бугры черного саксаула с сопутствующим зоофитокомплексом, рельеф "песчанково-эфедровых городков" в Каракумах, слепушонковые термитники в долине р. Сумбар и т. п.), и 2) нарушения в биогеоценотических связях, происходящие при массовых вторжениях новых видов организмов при естественном их расселении, при периодических нашествиях после массовых размножений (саранча и др.) и при случайных заносах и самоакклиматизации.

Явление "саморасширяющихся нарушений" широко проявляется в природе в районах хозяйственной и военной деятельности человека. Именно в этих условиях учет и прогнозирование специфики реакций поврежденных биогеоценозов в различных природных зонах совершенно необходимы при работах по освоению новых территорий, ибо размеры планируемой зоны нарушений в природе могут значительно саморасширяться и приводить к непредвиденным изменениям биогеокомплексов на обширных пространствах, влияя не только на экономический эффект освоения земель, но и на дальнейшую судьбу людей всей преобразуемой территории.

Наряду с нежелательными последствиями, которые нередко возникают при биогенном саморасширении участков повреждения биогеоценотического покрова, сам принцип "биогенного саморасширения изменений" может быть использован при разработке методов и форм биогеоценотической мелиорации засушливых земель. При этом возможно моделирование зональной схемы на базе нового обогащенного видами биогеоценоза или, напротив, формирование биогеоценотических структур по типу условно интразональных угодий. Самопроизвольное увеличение размеров зоны полезных изменений наблюдается на опытных участках ВНИИ каракулеводства на Карнабчуле (Узбекской ССР) в виде расширения площади искусственно созданных черносаксауловых насаждений за счет самосева саксаула и концентрации в лесополосах птиц и млекопитающих с соседних территорий и формирования, таким образом, обогащенного по сравнению с окружающей пустыней специфического биокомплекса черносаксаульников.