Основные понятия экологии Основным понятием и основной таксономической единицей в эко¬логии является «экосистема». Этот термин, как упоминалось выше, введен в употребление А. Тенсли в 1935 г., т. е. более полувека спу¬стя после выделения экологии как отрасли научных знаний (1866). Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в еди¬ное функциональное целое. Основные свойства экосистем -способность осуществлять круговорот веществ, противосто¬ять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию. Выделяют обычно экосистемы различного ранга: от микроэкосистем (небольшой водоем, труп животного с населяю¬щими его организмами или ствол дерева в стадии разложения, ак¬вариум и даже лужица или капля воды, пока они существуют и в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять кру¬говорот веществ); мезоэкосистемы (лес, пруд, река и т.п.); макро¬экосистемы (океан, континент, природная зона и т. п.) и глобальная экосистема - биосфера в целом. Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга. Образное (шутливое) определение экосистемы дал географ и писатель Г. К. Ефремов: это любое при¬родное образование - «от кочки до оболочки» (географической). Близкий по содержанию смысл вкладывается в термин «биогеоценоз», введенный в литературу академиком В. Н. Сукаче¬вым несколько позднее, чем «экосистема» - в 1942 г. Небольшие различия, которые свойственны этим терминам бу¬дут рассмотрены в разд. IV. 1 (часть I). Экосистемы (биогеоценозы) обычно включают два блока. Пер¬вый из них состоит из взаимосвязанных организмов разных видов и носит название «биоценоз» (термин введен немецким зоологом К. Мебиусом в 1877 г.), второй блок составляет среда обитания, которую в данном случае называют «биотоп» или «экотоп». Каждый биоценоз состоит из множества видов, но виды входят в него не отдельными особями, а популяциями или их частями. Популяция - это относительно обособленная часть вида (состоит из осо¬бей одного вида), занимающая определенное пространство и способ¬ная к саморегулированию и поддерживанию оптимальной численнос¬ти особей. Каждый вид в пределах занимаемой территории (ареала), таким образом, распадается на популяции. Размеры их различны. В таком случае можно сказать, что биоценоз - это сумма взаимосвя-занных между собой и с условиями среды популяций разных видов. В экологии часто пользуются также термином «сообщество». Содержание этого термина неоднозначно. Под ним понимается и совокупность взаимосвязанных организмов разных видов (синоним биоценоза), и аналогичная совокупность только растительных (фи-тоценоз, растительное сообщество), животных (зооценоз) организ¬мов или микробного населения (микробоценоз). Системность экологии. Экология как наука рассматривает си¬стемы, звенья и члены которых находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости. Из этого вытекает необходимость учета мно¬жества факторов при анализе тех или иных экологических явлений и тем более при планировании любых вмешательств в экосисте¬мы. Такой подход, в свою очередь, невозможен без комплексного метода изучения, оценки и решения тех или иных экологических задач. По этим же причинам очевидна тесная связь экологии с дру¬гими науками, сведениями из которых необходимо не только распо¬лагать, но и уметь их грамотно использовать. К таким наукам от¬носятся: биология, география, почвоведение, гидрология, химия, физика и другие отрасли знаний. Важно также уметь пользоваться необходимой информацией из различных отраслей хозяйства и свой¬ственных им технологических процессов. Говоря о системных явлениях, важно познакомиться с видами систем, общими положениями теории систем. Обычно различают три вида систем: 1) изолированные, которые не обмениваются с соседними ни веществом, ни энергией, 2) закрытые, которые об¬мениваются с соседними энергией, но не веществом (например, космический корабль), и 3) открытые, которые обмениваются с соседними и веществом, и энергией. Практически все природные (экологические) системы относятся к типу открытых. Существование систем немыслимо без связей. Последние де¬лят на прямые и обратные. Прямой называют такую связь, при которой один элемент (А) действует на другой (В) без ответной реакции. Примером такой связи может быть действие древесного яруса леса на случайно выросшее под его пологом травянистое растение или действие солнца на земные процессы. При обратной связи элемент В отвечает на действие элемента А. Обратные свя¬зи бывают положительными и отрицательными. И те и другие играют существенную роль в экологических процессах и явлениях. Положительная обратная связь ведет к усилению процесса в одном направлении. Пример ее - заболачивание территории, на¬пример, после вырубки леса. Снятие лесного полога и уплотнение почвы обычно ведет к накоплению воды на ее поверхности. Это, в свою очередь, дает возможность поселяться здесь растениям-влагонакопителям, например сфагновым мхам, содержание воды в которых в 25-30 раз превышает вес их тела. Процесс начинает дей¬ствовать в одном направлении: увеличение увлажнения - обедне¬ние кислородом - замедление разложения растительных остатков - накопление торфа - дальнейшее усиление заболачивания. Отрицательная обратная связь действует таким образом, что в ответ на усиление действия элемента А увеличивается противо¬положная по направлению сила действия элемента В. Такая связь позволяет сохраняться системе в состоянии устойчивого динами-ческого равновесия. Это наиболее распространенный и важный вид связей в природных системах. На них прежде всего базируется устойчивость и стабильность экосистем. Пример такой связи - вза¬имоотношение между хищником и его жертвой. Увеличение чис¬ленности жертвы как кормового ресурса, например полевых мы¬шей для лис, создает условия для размножения и увеличения чис¬ленности последних. Они, в свою очередь, начинают более интен¬сивно уничтожать жертву и снижают ее численность. В целом чис¬ленность хищника и жертвы синхронно колеблется в определенных границах. Второй пример. В истории биосферы имели место явле¬ния локального увеличения содержания углекислого газа в ат-мосфере, например, при извержении вулканов. За этим следовало повышение интенсивности фотосинтеза и связывание углекислоты в органическом веществе, а также более интенсивное поглощение ее океаном. Третий пример. В природе закономерны периодичес¬кие повышения уровней почвенно-грунтовых вод. За этим следует увеличение их контакта с корневыми системами растений, повы¬шение расходования на испарение растительностью (транспирацию) и возвращение уровней грунтовой воды в исходное состояние. Одно из отрицательных проявлений деятельности человека в природе связано с нарушением этих связей, что может привести к разрушению экосистем или переходу их в другое состояние. На¬пример, умеренное загрязнение водной среды органическими и био-генными (необходимыми для жизнедеятельности организмов) ве¬ществами обычно сопровождается интенсификацией деятельнос¬ти организмов, потребляющих эти вещества, результатом чего яв¬ляется самоочищение водоемов. Перегрузка же среды загрязняю¬щими веществами на определенном этапе ведет к угнетению или уничтожению организмов-санитаров, переводу установившихся обратных связей в прямые, переходу системы на другой уровень. В результате неизбежным становится прогрессирующее загрязне¬ние, обеднение водной среды кислородом и превращение чистых озерных или текущих вод в системы болотного типа. Универсальное свойство экосистем - их эмерджентность (англ. эмердженс - возникновение, появление нового), заключающееся в том, что свойства системы как целого не являются простой сум¬мой свойств слагающих ее частей или элементов. Например, одно дерево, как и редкий древостой, не составляет леса, поскольку не создает определенной среды (почвенной, гидрологической, метео¬рологической и т. д.) и свойственных лесу взаимосвязей различных звеньев, обусловливающих новое качество. Недоучет эмерджент-ности может приводить к крупным просчетам при вмешательстве человека в жизнь экосистем или при конструировании систем для выполнения определенных целей. Например, сельскохозяйственные поля (агроценозы) имеют низкий коэффициент эмерджентности и поэтому характеризуются крайне низкой способностью саморегу-лирования и устойчивости. В них, вследствие бедности видового состава организмов, крайне незначительны взаимосвязи, велика вероятность интенсивного размножения отдельных нежелательных видов (сорняков, вредителей). Энергетические процессы в экосистемах подчиняются пер¬вому и второму началам термодинамики. В соответствии с ними энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую (первое начало термодинамики). При этом часть энергии при любых ее превращениях рассеивается (теряется) в виде тепла (второе начало термодинамики). Мерой необратимого рассе¬ивания энергии является энтропия (греч. эн - внутрь, тропе - пре¬вращение). Последнюю можно характеризовать и через степень упо-рядоченности системы. Так, живые организмы и нормально функци¬онирующие экосистемы характеризуются высокой степенью упоря¬доченности слагающих их элементов. Они сохраняют (поддержива¬ют) определенный уровень энергии и тем самым противостоят энт-ропии. Мертвый организм характеризуется максимальной неупоря¬доченностью элементов (структур), в результате чего приходит в равновесие с окружающей его средой (температура его тела вырав¬нивается с температурой среды, составляющие его химические эле¬менты и соединения включаются в процессы круговорота и стано¬вятся частью среды). Это значит, что организм как система прихо¬дит в состояние полной неупорядоченности, максимальной энтропии. Показатель, противоположный энтропии, носит название негэнтропии. Чем выше организованность системы (упорядоченность), тем значительнее ее негэнтропия. Опасно любое вмешательство в сис¬тему, которое ведет к снижению ее негэнтропии, а следовательно, устойчивости и способности противостоять внешним возмущениям. Основным свойством нормально функционирующих природных экосистем является способность извлекать негэнтропию из внешней среды (солнечную энергию) и тем самым поддержи¬вать свою высокую упорядоченность. Деятельность человека, если она превышает определенные пре¬делы, ведет к снижению негэнтропии систем, а следовательно, уменьшает их способность поддерживать себя в устойчивом со¬стоянии вплоть до перехода к полной неупорядоченности (макси¬мальной энтропии) и гибели. Видный американский эколог Б. Коммонер сделал удачную попыт¬ку обобщить системность экологии как науки в виде четырех законов. Эти законы в основе своей не новы, но впервые сформулированы в образной простой форме. Их соблюдение - обязательное условие лю¬бой экологически обусловленной деятельности человека в природе. Первый закон Коммонера отражает по сути своей всеобщую связь процессов и явлений в природе и звучит так: «Все связано со всем». Второй закон базируется на положении сохранения вещества и энер¬гии: «Все должно куда-то деваться». Какой бы ни была высокой труба завода, она не может выбрасывать отходы производства за пре¬делы биосферы. В такой же мере загрязнители, попадающие в реки, в конечном счете оказываются в морях и океанах и с их продуктами возвращаются к человеку в виде своего рода «экологического буме¬ранга». Третий закон ориентирует на действия, согласующиеся с при¬родными процессами, сотрудничество с природой, или коадаптацию (лат. ко - с, вместе; адаптацио - приспособление), вместо покорения человеком природы, подчинения ее своим целям: «Природа знает лучше». Сущность четвертого закона заключается в ориентации че-ловека на то, что любое его действие в природе не остается бесслед¬ным, мнимая выгода часто оборачивается ущербом, а охрана приро¬ды и рациональное использование природных ресурсов немыслимы без определенных экономических затрат. Звучит этот закон так: «Ничто не дается даром». Дешевому природопользованию не должно быть места. Если не заплатим за него мы, то в многократном размере это должны будут сделать пришедшие нам на смену поколения. Другие термины и понятия, а также закономерности (правила, прин¬ципы) экологии, важные для решения социальных и прикладных ее за¬дач, будут рассмотрены во второй части работы (см.разд.1.2 и 1.3).
