Экологическая проблема

Экология (от греч. oikos - дом, местопребывание и logos - наука) - биологическая наука о взаимодействии организмов и среды, детище теории происхождения видов Ч. Дарвина. Однако в результате развития географии, и в частности ее сравнительно молодого раздела - биогеографии, объект экологии все более становится достоянием обеих этих наук. Более того, сейчас сформировалось представление об экологической географии, которая изучает воздействие среды на распространение организмов, закономерности распространения видов внутри их ареала в зависимости от особенностей среды, выделение широтных зон, высотных поясов, характеристику условий, определяющих их растительный покров и животное население, разделение биосферы на участки, имеющие однородные комплексы микросред (биотопы), на которых развиты определенные биоценозы. Среди факторов среды одни оказывают влияние на общие черты распределения организмов (влага, температурный режим и т. п.), другие имеют большое значение для распределения организмов между биоценозами (сила света, особенности почв и т. д.).

А теперь в нашем очень общем очерке остановимся на некоторых начальных терминах и понятиях экологии, а также на экологических проблемах, которые являются основанием и для биологов-экологов и для географов.

Когда мы задумываемся, как устроить нашу жизнь на Земле, как сохранить природные богатства, как получить больше продуктов питания и сохранить здоровье, прежде всего мы обращаемся к проблемам экологии. В настоящее время экология развивается необычайно бурными темпами, охватывающими все новые и новые области знания. Эта наука находит все более широкое применение в практике. Если раньше под экологией понимали только взаимоотношение организмов с окружающей средой (а иногда и того уже - только влияние среды на организмы), то теперь выявились три крупных раздела экологии - экология особи, экология популяции и экология сообщества. Под популяцией при этом понимают совокупность особей одного вида, обитающих в определенных сходных условиях. Можно говорить о популяции обыкновенной полевки, обитающей на лугах долины Москвы-реки, и о популяции этого вида, свойственной клеверным полям Подмосковья, о популяции черного муравья, обитающего в еловом лесу, и другой популяции, связанной с соседним широколиственным лесом. Каждая популяция имеет свои, отличающие ее от других популяций признаки и каждая из них характеризуется особым типом взаимоотношений со средой.

Джунгли Малайзии

Сообществом называется совокупность организмов разных видов, обитающих в сходных условиях. Понятие "сообщество" - безразмерное, оно может иметь самый различный объем. Так, мы говорим, что еловый лес зеленомошник кисличник - сообщество, еловый лес вообще - тоже сообщество, лес вообще - также сообщество.

Вот экология и изучает, как воздействуют на среду особь, популяция и сообщество и как в свою очередь влияет на них среда.

Среда как объект исследования может быть расчленена на отдельные факторы, хотя при этом нельзя упускать из виду, что все факторы действуют совместно и действие одного из факторов в значительной степени зависит от действия других. В условиях влажного тропического леса, например, при круглогодичных высоких температурах и оптимальной влажности многие растения могут существовать при силе света около 1:150 доли полного дневного освещения. В лесах же умеренного пояса освещенность около 1:50-1:70 от полного дневного освещения - предел возможного существования травянистых цветковых растений. Таким образом, благоприятные условия тепла и влаги в какой-то степени компенсируют недостаток света. Многие наши птицы, прежде всего насекомоядные, могут жить и зимой на воле, если у них будет достаточно корма. Следовательно, обилие корма компенсирует недостаток тепла.

Все факторы среды могут быть разбиты на группы: климатические (свет, температура, влажность и осадки, ветер, атмосферное давление), эдафические, что в переводе означает "местные" (особенности почв для наземных растений, воды и грунтов - для водных растений), орографические (особенности рельефа), биотические (влияние животных и растений) и, наконец, антропогенные, т. е. воздействие человека на природу, которое приобрело в настоящее время глобальный характер и нередко производит необратимые изменения в ее жизни.

Микроорганизмы, обитающие в термальных источниках, приспособлены к жизни в узком температурном интервале

Изменение состояния пойкилотермного ('холоднокровного') животного в связи с падением температуры среды

Каждый фактор может действовать прямо, способствуя процветанию или вызывая гибель организма, и косвенно, через другие факторы. Так, ветер оказывает и механическое воздействие на растения и высушивает их, меняя влажность воздуха.

Любой организм может жить при определенном размахе, амплитуде значений фактора. Минимумом мы называем наименьшие значения фактора, ниже которых животное или растение не может существовать, максимумом - его наибольшее значение, выше которого жизнь особей данного вида невозможна, оптимальными условиями называем такие значения фактора, при которых организм живет наилучшим образом, наконец, пессимумом - те значения фактора, при которых хотя организм и живет, но он угнетен. К этому следует добавить, что одни и те же условия являются оптимальными для одних функций, скажем, для размножения растений, другие - для иных, например, для развития их вегетативных органов и т. д.

Одни виды могут жить лишь при незначительных колебаниях значения фактора. Таковы, например, обитатели термальных (горячих) источников или водоросль красного снега, развивающаяся в талых водах, - по отношению к температурному фактору или многие жители пустынь - по отношению к фактору влажности. Такие виды называются соответственно стенотермными (термос -"температура") или стеногигробионтными (гигрос - "влага", биос - "жизнь"), в общем - стенобионтными, т. е. живущими при незначительных колебаниях особенностей среды. О них говорят, что они имеют узкую экологическую амплитуду или, образно, что они занимают узкую экологическую нишу. Другие виды в противоположность перечисленным могут существовать при самых различных значениях факторов среды: при летней жаре, при зимней стуже (эвритермные организмы), а также в условиях как повышенной влажности, так и значительной сухости (эвригигробионтные организмы). О них говорят, что их экологическая амплитуда широка и они занимают обширную экологическую нишу.

Естественно, что при прочих равных условиях организмы с широкой экологической амплитудой имеют ареалы (области распространения) большие, чем организмы с узкой экологической амплитудой. Ближе к окраинам ареала вид является угнетенным, размножается менее интенсивно, чем в оптимальных условиях, лежащих где-то ближе к центру ареала.

Байкальская нерпа - эндемичное, охраняемое животное

Ход изреживания стволов деревьев с возрастом как результат борьбы за существование

Климаграммы для острова Диксон и города Майкопа

После этих предварительных замечаний расскажем о том, какие экологические проблемы в настоящее время должно решать человечество.

Рациональное использование природных ресурсов, в первую очередь живых, требует знаний о возможных пределах существования организмов, а следовательно, и их терпимости к загрязнению, о том давлении, которое человек оказывает на популяции отдельных видов, о том, какая часть популяции растений или животных может быть изъята из природы без вреда для вида, как мы должны изменить условия существования вида для восстановления его численности, при каких условиях акклиматизация тех или иных животных и растений будет рациональной, и т. д.

Начнем с вопросов акклиматизации и натурализации различных видов. Под акклиматизацией обычно понимают переселение видов в новые условия, отличающиеся от тех, в которых вид живет на родине, натурализация - перенос вида за пределы его ареала, но в условия, сходные с теми, где вид обитал ранее. Каждое такое мероприятие должно быть тщательно продумано, и все возможные последствия учтены. Если этого не сделать, отрицательные результаты могут быть более существенными, чем положительные. Примеров неудачных акклиматизаций и натурализации более чем достаточно. На что уж приятный зверек мангуст, воспетый Р. Киплингом под именем Рикки-Тики-Тави, - истребитель змей и крыс. Однако его перенос на Кубу и остров Вити-Леву, главный остров архипелага Фиджи, привел к совершенно неожиданным результатам. Ядовитых змей на тех островах, куда был переселен зверек, не было, но рассчитывали, что он будет уничтожать здесь крыс. Однако наряду с уничтожением крыс мангуст занялся и птицами, гнездящимися на земле, и различными другими животными: так, на Кубе он полностью или почти полностью истребил щелезуба - редчайшее реликтовое млекопитающее, а на острове Вити-Леву - эндемичную для Фиджи ящерицу игуану. А что будет дальше? Зверек успешно размножился, теперь его можно встретить не только ночью, но и днем, а животных, являющихся его потенциальной пищей, становится все меньше.

Ель, если ее высаживать многократно на одном и том же месте, деградирует

Многих животных завезли европейцы в Новую Зеландию. Олени стали истреблять леса, и возникла даже необходимость назначать охотникам премии за истребление этих животных. Свиньи одичали и уничтожили многие виды растений, нигде, кроме Новой Зеландии, не встречающихся. А какой вред наносят козы многим островам! Эти животные, питающиеся побегами деревьев и кустарников, местами совершенно оголили поверхность островов. На острове Филип, недалеко от Норфолка, после любого дождя масса почвенных частиц, смытая с поверхности острова, лишенного древесной и в значительной степени травянистой растительности, окрашивает прибрежные участки моря в ярко-красный цвет. А на острове Рауль (архипелаг Кермадек) из-за тех же коз травяной покров образован в настоящее время преимущественно двумя несъедобными для них видами - гигантским таро и папоротником, близким к нашему орляку.

В Австралии колючий кактус опунция, завезенный сюда из Америки, размножился на овечьих пастбищах в таких количествах, что при выпасе добрая доля овечьей шерсти остается на колючках этого растения; кроме того, обилие съедобных для овец трав, вытесненных опунцией, уменьшается. Все это вызвало необходимость применения специальных (химических) средств борьбы с этим растением.

Енотовидная собака, переселенная с Дальнего Востока в европейскую часть СССР, питается здесь промысловыми птицами, гнездящимися на земле, - глухарем, тетеревом, рябчиком и другими и, имея относительно малоценный мех, дает больше убытка, чем прибыли; она же является потенциальным носителем вируса бешенства.

Имеются и другие аспекты этой проблемы. Во многих странах Центральной Европы в связи с развитием целлюлозно-бумажной промышленности были широко введены посадки еловых лесов, поскольку ель дает древесину, пригодную для производства целлюлозы, быстро и в большом количестве. Однако оказалось, что еловая монокультура, т. е. многократные посадки ели на одном месте, приводит к истощению почвы и вырождению еловых лесов. Оказалось необходимым разрабатывать что-то вроде севооборота, только не полевого, а лесного.

Нужно ли осушать болота? Ответ на этот вопрос неоднозначен…

Полному истреблению волка следует предпочесть регулирование его численности

Иногда завоз растений или животных диктуется не какими-либо полезными соображениями, а просто сентиментальным желанием иметь на новой родине существо, хорошо знакомое по дому. Видимо, этим руководствовались переселенцы из Европы в Канаду, привезя с собой обыкновенного домового воробья. Однако эта "безобидная" птичка стала на новой родине вредителем посадок плодовых деревьев и кустарников. Вот уж где в полной мере применима пословица "Семь раз отмерь и один - отрежь".

В последние годы в нашей стране страсть к преобразованию природы ради самого преобразования остывает, научные соображения приобретают все большее значение.

Мы должны четко представлять себе, что не только акклиматизация (сознательный или бессознательный завоз новых видов) приводит к резким изменениям природы, но и любая работа, ведущая к изменению условий существования растений и животных, должна быть предварительно оценена с экологической точки зрения.

Можем ли мы считать окончательно решенным вопрос о вреде волка? В настоящее время за уничтожение волков в нашей стране платят премии. Несомненно, этот хищник во многих районах серьезно вредит скотоводству, но нужно ли безоговорочно стремиться к его повсеместному истреблению? Наверное, это было бы неправильным. Так, во многих районах тундры волк выступает в качестве санитара, уничтожающего преимущественно слабых и больных северных оленей. Вопрос - регулирование численности или полное истребление - в отношении волка должен быть решен в пользу регулирования.

Еще в большей степени требуют размышления хозяйственные мероприятия, меняющие лик нашей планеты.

Недавно считалось, что осушение болот само по себе настолько положительное мероприятие, что никакие дебаты не имеют смысла. Однако ближайшее рассмотрение этого вопроса показывает, что ответ не так прост и неоднозначен. Во-первых, многие типы болот, особенно верховых, - накопители влаги, питающей реки, во-вторых, на сфагновых болотах растет такое растение, как клюква, плоды которой имеют лекарственное значение, в-третьих, многие болота представляют собой кормовые угодья для промысловых птиц.

Основные группы организмов в биоценозе (сообществе) и связи между ними

В то же время во многих районах прогрессивное заболачивание, связанное то с естественными причинами, то с антропогенными, например со строительством водохранилищ, крайне нежелательно.

Прогнозирование последствий воздействия человека на природу - одна из важ-нейших задач эколога.

Распашка степной целины привела к существенным преобразованиям природы огромного края. Исчезли растительноядные, питающиеся зеленью грызуны, на смену им явились виды, в кормовом рационе которых большую роль играют зерна трав. В первые годы, когда во многих целинных совхозах вся доступная площадь распахивалась ежегодно, произошло быстрое размножение злостных сорняков, и урожай зерновых резко упал, что не случилось бы, если бы с самого начала освоения целинных земель были введены севообороты. Сплошные рубки леса в северных районах, где грунтовые воды стоят неглубоко, приводят после уничтожения деревьев, этих гигантских насосов, перекачивающих воду из почвы в воздух, к подъему грунтовых вод и заболачиванию лесосеки. В этих условиях ширина лесосеки должна быть узкой, не более десятикратной высоты деревьев.

Знание таких в сущности элементарных экологических закономерностей позволит избежать многих неприятностей.

Восстановление численности растений и животных, уменьшившейся в результате прямого истребления или изменения условий существования, предусматривает в первую очередь знание экологических особенностей соответствующих видов.

Очень часто бытует мнение, что потомство растений и животных более обильно, чем это необходимо для поддержания их численности. И действительно, казалось бы, число семян большинства видов деревьев и многих трав, измеряемое многими тысячами, а то и десятками и сотнями тысяч, более чем достаточно для замены гибнущих экземпляров. На самом же деле соотношение между нарождающимися и гибнущими особями какого-либо вида в обычных условиях только-только достаточно для компенсации гибели. Плодовитость и смертность уравновешивают друг друга. Человек же, как правило не повышающий плодовитости вида, но увеличивающий его смертность, это равновесие нарушает.

Дронт

Бескрылый чистик

Морская корова

Новозеландский моа

Дронт, бескрылый чистик, морская корова, новозеландский моа стали легкой добычей человека и исчезли с лица Земли.

Как много примеров животных и растений, полностью исчезнувших на Земле под влиянием человека! Вспомним стеллерову морскую корову. Всего двадцать шесть лет потребовалось после ее открытия на Командорских островах экспедицией Беринга, чтобы это мирное, не боящееся человека животное перестало существовать.

Нелетающего голубя дронта на острове Маврикий постигла та же участь вскоре после открытия Васко да Гамой морского пути в Индию. Суда заходили на этот остров специально, чтобы запастись свежим птичьим мясом. Бескрылая гагарка Ньюфаундленда, странствующий голубь Северной Америки, квагга, несколько видов антилоп Африки и многие другие виды увеличивают этот скорбный список.

Новозеландский страус моа был истреблен еще до появления европейцев племенами, которые получили название охотников на моа.

Некоторых животных удалось спасти после того, как их численность достигла опасно низкого уровня. Правда, многие из них не восстановили своей численности до такого уровня, чтобы опасения за их существование отпали. Таковы беловежский зубр, сохранившийся в заповедниках, питомниках и зоопарках; монгольский верблюд, численность которого очень низка; североамериканский бизон и многие, многие другие животные, а также растения, занесенные в Красную книгу, представляющую перечень всех видов, существование которых на нашей планете находится под угрозой.

Другие животные, ранее почти истребленные, восстановили свою численность в большей или меньшей степени. У нас к числу таких животных относится лось, которого нередко можно встретить в наших лесах; иногда отмечаются заходы этого зверя и в города. Местами он повреждает молодняк деревьев; разрешен его отстрел по лицензиям.

Бобры, сохраненные в заповедниках, расселены по многим районам лесной зоны Советского Союза. Соболь, почти истребленный в начале нашего столетия, восстановил свою численность.

Зубра удалось спасти

Особенно богаты жизнью Бореальные биогеографические подобласти (Атлантическая и Тихоокеанская)

Особенно богаты жизнью Бореальные биогеографические подобласти (Атлантическая и Тихоокеанская)

Пищевые взаимоотношения - цепи питания в пустыне Бетпак-Дала

Промысел обитателей морей привел к истреблению гладких китов почти во всем Мировом океане, а в Северной Атлантике - горбача и синего кита. Была подорвана численность дельфинов в Черном море, поэтому возникла необходимость прекратить их промысел.

Представление о неисчерпаемости таких морских ресурсов, как рыбы, ракообразные (омары, лангусты, креветки и др.), моллюски (устрицы, кальмары, гребешки, мидии), не соответствует действительности. Перепромысел приводит к последующему снижению уловов, так как, во-первых, становится менее полным использование кормов промысловыми животными, во-вторых, отлов неполовозрелого молодняка подрывает численность самого животного.

Пирамида биомасс в озере Вебер (штат Висконсин, США) на примере различных групп животных

Лесные полосы в Забайкалье

В степной и лесостепной зонах СССР для защиты полей от суховеев и пыльных бурь, для борьбы с эрозией почв достаточна облесенность почв в 5-6%.

Многие промысловые рыбы достигают зрелости в возрасте 3 - 6 лет, треска, камбала, морской окунь - в возрасте 10 лет и более, белуга - в 16 - 18 лет. Применение мелкоячеистых сетей и погоня за увеличением уловов за счет молоди приводят к тому, что отлов 0,1 млн. ц мелочи впоследствии ведет к недобору 1 млн. ц полноценной рыбы того же вида. К этому следует добавить, что загрязнение многих морей и районов Мирового океана также приводит к уменьшению уловов.

Как сокращается численность видов животных под влиянием их промысла, так и уменьшаются запасы дикорастущих растений под влиянием их бездумного сбора и истребления: рубка облепихи вместо аккуратного сбора ягод, сплошное выкапывание лекарственного золотого корня и многое другое.

Не менее отрицательное воздействие на жизнь растений и животных оказывает изменение экологических условий их жизни. Так, постройка плотин делает невозможным проход многих рыб к местам их икрометания; уменьшение лесистости приводит к уменьшению численности многих промысловых животных, урожая грибов, ухудшению условий отдыха человека и пр.

Поэтому при определении масштаба использования лесных ресурсов большое значение имеет вопрос об оптимальной лесистости. Для защиты полей от суховеев и пыльных бурь и для уменьшения или прекращения эрозии в равнинной местности оптимальна лесистость в 5-6 %, но если человек хочет, кроме того, обеспечить близкие к лесу поселки поделочной древесиной, тогда облесенность должна составлять уже 8-10 %, а для развития местной лесообрабатывающей промышленности лесистость должна составлять не менее 20-25 %. Следует также учитывать, что 1 % лесистости обеспечивает 2-2,5 % стока того бассейна, в котором растет лес, а прибавка 10 % лесистости в наветренной части района обеспечивает выпадение 4 % дополнительных летних осадков, не говоря уже о возрастании количества других лесных ресурсов - дичи, охотничье-промысловых животных, грибов и ягод.

Таким образом, все вопросы использования ресурсов необходимо решать комплексно, экологи здесь должны сказать свое решающее слово. Как было сказано в начале раздела, в настоящее время большое внимание уделяется экологии человека.

Кения. Ландшафт саванны в заповеднике Серенгети

Охраняя природу, человек улучшает среду своего обитания - ведь естественная среда чаще всего для него наиболее благоприятна. Это одна из многих причин, ради которой мы сохраняем первозданные ландшафты.

Львы в Серенгети

Как понимать этот раздел экологии, который еще сравнительно недавно считался буржуазной лженаукой, не заслуживающей внимания серьезных ученых, а теперь широко разрабатывается целой плеядой исследователей?

Как экология в целом - наука о взаимоотношениях организма и среды, так и экология человека - наука о взаимоотношениях человека и среды, т. е. о воздействии среды на человека и человека на среду.

Попадая в необычные, крайние, экстремальные условия среды, человек должен адаптироваться, приспособиться к этим условиям, что происходит не сразу. Экологи различают три фазы адаптации человека. Первая фаза, фаза ориентации, характеризуется некоторым снижением работоспособности и заторможенностью деятельности центральной нервной системы. Этот период довольно быстро сменяется второй фазой - фазой экзальтации, для которой характерно нарушение некоторых функций, особенно если условия близки к предельным для человека (таково, например, пребывание на высочайших вершинах мира, в Антарктиде и пр.). Обычно многие функции - дыхание, кровообращение, пищеварение и прочие - усиливаются. В этот период человек неэкономно тратит поступающий в организм кислород.

Постепенно происходит переход к третьей фазе - фазе выравнивания, оздоровления, нормализации. В этой фазе приходят в норму функции человека, повышаются работоспособность и устойчивость к неблагоприятным условиям (например, к недостатку кислорода).

В случае же если человек не сможет адаптироваться к новым для него условиям, он болеет, и единственный способ сохранить здоровье - вернуть его в нормальные условия жизни.

Знание адаптивных возможностей человека, умение ускорить процессы адаптации, представление о том, какие из факторов среды оказывают на человека то или иное воздействие, представляет одну из важнейших задач экологии человека.

Вторая сторона взаимодействия человека и природы - влияние человека на окружающую среду - не менее существенна.

Не следует забывать, что человек постепенно стал самым мощным экологическим фактором. Нередко непродуманное действие человека соизмеримо по своим последствиям с действием вулканического извержения или землетрясения.

Субальпийские ландшафты гор Восточной Африки красочны и экзотичны

Поэтому исследование антропогенных воздействий составляет одну из важнейших задач экологии.

Человек оказывает, как мы упоминали, разнообразное прямое и косвенное воздействие на окружающую среду: он истребляет виды животных и растений, уничтожает одни сообщества, являясь, таким образом, причиной появления на их месте иных, зачастую не существовавших в природе, изменяет растительный и животный мир, преобразует лик планеты, строя города и поселки, фабрики и заводы, водохранилища и дороги. Обитающие на нашей планете организмы должны приспосабливаться ко всем этим изменениям. Здесь иногда возникают совершенно неожиданные проблемы. В жилье человека или рядом с ним поселяются животные, ранее бывшие дикими. Одни из них - вредные, другие -полезные. При этом меняются экологические особенности многих видов. Человека сопровождают сорные растения и растения мусорных мест, которые вслед за ним проникают в новые и новые страны и вытесняют местные виды. Вовлекая в свое хозяйство дикорастущие виды растений и диких животных, человек превращает их в культурные растения и домашних животных. Этот процесс не закончился и в настоящее время, и не все ресурсы природы использованы в этом отношении человеком.

Исследование путей воздействия человека на природу и способов уменьшения вредных последствий этого воздействия, установление способов оптимизации влияния человека - вот одна из достойнейших задач экологии, но в то же время одна из труднейших для решения.