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