Тема 2 Основные экологические законы природопользования
«Законы» экологии Б. Коммонера:
— все связано со всем;
— все должно куда-то деваться;
— природа знает лучше;
— ничто не дается даром.
Первый закон Б. Коммонера - все связано со всем - обращает внимание на всеобщую связь всех процессов и явлений в природе. Он близок по смыслу к части закона внутреннего динамического развития.
Закон внутреннего динамического равновесия – вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии. Эмпирические следствия из закона: Любое изменение среды неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер.
Развитие закона внутреннего динамического равновесия дает Принцип Ле Шателье-Брауна - при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов, информации и динамических качеств природных систем количественно не линейно, т.е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других и во всей системе в целом. Производимые в крупных экосистемах перемены относительно необратимы. Проходя по иерархии снизу вверх – от места воздействия до биосферы в целом – они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень. Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений. Искусственный рост эколого-экономического потенциала ограничен термодинамической устойчивостью природных систем.
Примечание: Пока изменения среды слабы и произведены на относительно небольшой площади, они или ограничиваются конкретным местом, или «гаснут» в цепи иерархии экосистем (биогеоценоз – экосистема суши – биосфера). Большие изменения (крупных экосистем) являются трудно нейтрализуемыми с социально-экономической точки зрения: их выправление требует больших материальных средств и физических усилий.
Второй закон экологии - все должно куда-то деваться- близок по смыслу к первому закону, а также закону развития природной системы за счет окружающей ее среды - любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно. Закон есть следствие из начал термодинамики. Он имеет чрезвычайно важное теоретическое и практическое значение благодаря основным своим следствиям:
- абсолютно безотходное производство невозможно (оно равнозначно созданию «вечного» двигателя);
- любая более высокоорганизованная биотическая система (например, вид живого), используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем (благодаря этому в земной биосфере невозможно повторное зарождение жизни – она будет уничтожена существующими организмами);
- биосфера Земли как система развивается не только за счет ресурсов планеты, но опосредованно за счет и под управляющим воздействием космических систем (прежде всего Солнечной).
Третий закон экологии - природа знает лучше - гласит о том, что пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы подобны человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Он призывает к предельной осторожности. Иллюстрацией третьего закона экологии Б. Коммонера может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела.
Природа пока знает лучше нас и подчиняется принципу направленности эволюции. Принцип направленности эволюции в природопользовании служит для расшифровки закона оптимальности и тесно связан с законом увеличения размеров и веса (роста) организмов физиогенетической ветви. Отчасти принцип направленности эволюции справедлив и для процессов более короткого, чем эволюционный, интервала времени и, видимо, его проявление служит подосновой принципа сукцессионного замещения (последовательная смена биоценозов под влиянием природных факторов).
Четвертый закон экологии Б. Коммонера - ничто не дается даром - вновь касается тех проблем, которые обобщает одно из основных положений в природопользовании - закон внутреннего динамического равновесия, и особенно его следствие о том, что любое местное преобразование природы вызывает ответные реакции в глобальной биосфере и в ее крупнейших подразделениях, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений.
По Б. Коммонеру, четвертый закон экологии — Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения. Все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать: он может быть только отсрочен.
Четвертый закон обобщает закон константности, который по В.И. Вернадскому гласит, что количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Закон константности тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия, являясь его количественным выражением для масштабов всей биосферы Земли. Согласно Закону константности, любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо влечет за собой такую же по размеру его перемену в каком-либо регионе, но с обратным знаком. Полярные изменения могут быть использованы в процессах управления природой, но следует учитывать, что не всегда происходит адекватная замена. Обычно высокоразвитые виды и экосистемы вытесняются другими, стоящими на относительно эволюционно (для экосистем – сукцессионно) более низком уровне (и крупные организмы более мелкими), а полезные для человека формы – менее полезными, нейтральными или даже вредными.
Следствием из Закона константности является правило обязательного заполнения экологических ниш, а косвенно и принцип исключения (Г.Ф. Гаузе).
Развитие четвертого закона Б.Коммонера даетЗакон ограниченности природных ресурсов – все природные ресурсы (и условия) Земли конечны. Закон основан на том, что, поскольку планета представляет собой естественно ограниченное целое, на ней не могут существовать бесконечные части. Следовательно, категория «неисчерпаемых» природных ресурсов возникла по недоразумению. К этим ресурсам относят, например, энергетические, полагая, что солнечная энергия дает практически неисчерпаемый источник получения полезной энергии. Ошибка состоит в том, что не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы, антропогенное изменение которой сверх допустимого предела по правилу одного процента чревато серьезными последствиями.
Правило (Закон) одного процента – изменение энергетики природной системы в пределах 1% (от немногих десятых до, как исключение, единиц процентов) выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния. Эмпирически Правило одного процента подтверждается исследованиями в области мировой климатологии и других геофизических, а также биофизических процессов. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. Переход энергетики процесса за это значение обычно приводит к существенным аномалиям – резким климатическим отклонениям, переменам в характере растительности, крупным лесным и степным пожарам. Как и в случае правила десяти процентов, многое зависит от состояния природной системы, в которой происходят изменения. Это делает Правило одного процента вероятностным, дает лишь придержки, которым целесообразно следовать или во всяком случае учитывать большую вероятность цепи событий, связанных с выходом системы из равновесного состояния. Искусственное привнесение энергии в биосферу в наше время достигло уже значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на 1 математический порядок – в 10 раз).
Принцип Ле Шателье – Брауна в значительной мере объясняет причину действия закона снижения энергетической эффективности природопользования – чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.
Помимо рассмотренных выше экологических законов имеется еще ряд законов в системе общество-природа, которыми следует руководствоваться.
Естественнонаучной основой охраны природы служат законы экологии, в частности учение о биосфере, основоположником которого является выдающийся отечественный ученый В.И. Вернадский.
В.И. Вернадский рассматривал биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как единую термодинамическую оболочку, в которой сосредоточена жизнь и осуществляется постоянная взаимосвязь живых организмов с неорганической средой посредством обмена веществ и потоков энергии. Человек нерационально, а порой преступно относился к природе и не руководствовался необходимыми законами в системе общество-природа.
Рассмотрим эти законы.
Закон падения природно-ресурсного потенциала – в рамках одной общественно-экономической формации и одного типа технологий природные ресурсы становятся все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку. Примерами могут служить минеральные богатства, истощающиеся в густонаселенных и комфортных областях планеты, добываемые из все более глубоких пластов, сельскохозяйственное производство, куда вкладывается относительно большое количество (до 20%) от производимой энергии, гидрогеологическое хозяйство, страдающее от все более глубокого залегания (истощения) подземных вод и т.д.
На эффективность освоения ресурсов постоянно воздействуют два взаимно погашающих фактора. С одной стороны – снижающий: например, ухудшение горно-геологических и прочих условий, повышение капиталоемкости добычи, увеличение фондоемкости, уменьшение национального дохода на единицу фондов; с другой – повышающий: внедрение в производство достижений НТП, интенсификация производства и рационализация использования природных ресурсов, повышение производительности труда.
Закон соответствия между уровнем развития производительных сил и природно-ресурсным потенциалом – развитие производительных сил происходит относительно постепенно до момента резкого истощения соответствующего природно-ресурсного потенциала, который характеризуется как экологический кризис. Кризис разрешается через революционное изменение производительных сил (техническая, промышленная революция).
Закон (закономерность) увеличения оборота вовлекаемых природных ресурсов – в историческом процессе развития мирового хозяйства быстрота оборачиваемости вовлеченных природных ресурсов (вторичных, третичных и т.п.) непрерывно возрастает на фоне относительного уменьшения объемов их вовлечения в общественное производство (относительно темпов роста самого производства).
Закон указывает на увеличение интенсификации цикличности производства. В этом процессе требуется все больше энергии для ускорения оборачиваемости вовлеченных природных ресурсов, что служит одной из предпосылок действия закона падения энергетической эффективности природопользования.
Закон снижения энергетической эффективности природопользования – с ходом исторического времени при получении из природных систем полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии. Увеличиваются и энергетические расходы на одного человека. Расход энергии на одного человека (в ккал/сутки) в каменном веке был порядка 4 тыс., в аграрном обществе – 12 тыс., в развитых индустриальных странах конца ХХ в. – 250 тыс.
В течение ХХ века количество энергии, затрачиваемое на одну единицу с/х продукции, в развитых странах мира возросло в 8-10 раз, на одну единицу промышленной продукции – в 10-12 раз. Общая энергетическая эффективность с/х производства (соотношение вкладываемой и получаемой с готовой продукцией энергии) в промышленно развитых странах примерно в 30 раз ниже, чем при примитивном земледелии.
Рост энергетических затрат не может продолжаться бесконечно. Вследствие чего неизбежен переход на новые, энергосберегающие технологии промышленного и с/х производства, избежав тем самым термодинамического (теплового) и экологического кризисов.
Закон (закономерность) снижения природоемкости готовой продукции – удельное содержание природного вещества в усредненной единице общественного продукта исторически неуклонно снижается. Это не означает, что вовлекается меньше природного вещества в процесс производства. Наоборот, его количество увеличивается – выбрасывается до 95-98% потребляемого в производстве природного вещества. Данная закономерность объясняется миниатюризацией изделий, заменой естественных материалов и продуктов синтетическими, сменой вещественных отношений информационными и другими явлениями.
Закон максимизации энергии: выживание одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования ею максимального количества наиболее эффективным способом.
Он основан на следующих положениях:
— создание накопителей высококачественной энергии;
— расходование накопителей энергии на обеспечение получения новой энергии;
— обеспечение кругооборота веществ;
— создание механизмов регулирования, поддерживающих
устойчивость системы и ее способность приспособления к изменяющимся условиям;
— налаживание с другими системами обмена, необходимого для обеспечения потребности в жизни специальных видов.
Этот закон справедлив и в отношении информации, т. к. наилучшими шансами на самосохранение обладает та система, которая в наибольшей степени способствует поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации.
Закон растущего плодородия (закономерность растущей урожайности полей) – агротехнические и другие прогрессивные приемы ведения сельского хозяйства, появляющиеся в практике земледелия, ведут к увеличению урожайности полей. При любых ограничениях в энергетике, вещественном составе и информации природных систем рост урожайности в рамках существующих технологий прекращается, и человечество переходит к новым агроприемам, вновь снимающим ограничения и дающим возможность для дальнейшего увеличения урожайности. При этом резко возрастает количество используемой энергии. Правило десяти процентов – среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой – 10% (от 7 до 17%) энергии (или вещества в энергетическом выражении), как правило, не ведет к неблагоприятным для экосистемы (и теряющего энергию трофического уровня) последствиям.
Правило десяти процентов вытекает из Закона пирамиды энергий (Р. Линдемана). В стационарных популяциях (не подверженных в данный момент массовому размножению или катастрофическому падению численности) изъятие 10-30% особей также не ведет к выведению популяции из стационарного состояния. В нестационарных популяциях при их росте возможно изъятие до 95% особей, что не предотвращает дальнейшего увеличения численности. В то же время из популяций, снижающих численность, изъятие особей в пределах Правила десяти процентов может привести к полному их исчезновению. Использование Правила десяти процентов позволяет определять возможный и безопасный объем промысла особей.
Используя это правило, можно сделать расчеты необходимой земельной площади для обеспечения населения продовольствием и другие эколого-экономические расчеты.
Согласно правилу десяти процентов среднемаксимальный переход энергии с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой может колебаться от 7 до 17 % , что не приводит к неблагоприятным последствиям для экосистемы и может быть принято как оптимальное для природопользования в хозяйственной деятельности человека.
Пустующая экологическая ниша всегда бывает заполнена за счет вырабатываемых приспособительных способностей новых видов. Эти ниши порой заполнены самым неожиданным образом. Поэтому нельзя торопиться с выводами о возможности заполнения этих ниш путем акклиматизации, т. к. в хозяйственной деятельности попытки человека порой акклиматизировать различные виды оказывались безуспешными. А иногда встречаются и вредные работы, приносящие значительный социально-экономический вред.
В качестве примера можно привести акклиматизацию дальневосточной пчелы в европейскую часть России, которой были занесены клещи, погубившие немало пчелиных семей варроатозными заболеваниями. Это означает, что многие виды, исключенные в ходе борьбы с этими болезнями, могут иногда освобождать экологические ниши для еще более опасных форм. Другим примером служит возникновение новых заболеваний (например, СПИДа). Основанием для его появления послужила победа над многими инфекционными заболеваниями человека, которая высвободила экологические ниши для заполнения вирусом с высокой степенью изменчивости.
Закон обеднения разнородового живого вещества (в островных его сгущениях). По Г. Хильми — индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации более низким, чем уровень самой системы, обречена. Система постепенно теряет свою структуру, через некоторое время растворяется в окружающей среде.
Любое сложное биотическое сообщество, сохранившееся на незначительных пространствах, обречено на постоянную деградацию.
В практике природопользования закон обеднения разнородового живого вещества в островных сгущениях диктует необходимость создания буферных зон, в пределах которых запрещаются любые действия, способные нарушить установившиеся в них природные режимы, например заповедники, долгосрочные заказники и другие охраняемые территории.
В целом закон дает ключ для разработки целенаправленной стратегии управления живой природой без ее количественного и качественного обеднения.
Правило демографического насыщения – в глобальной совокупности количество народонаселения всегда соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека (анатомо-физиологические или биологические, материальные, индивидуальные, этнические, информационные, социальные, общественные, эстетические, духовные и др.). По этой причине эколого-социальное давление на природу несколько иного рода чем «давление жизни» иных видов (правило максимального «давления жизни»), где организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число.
По Дж. Уайнеру оптимальная плотность населения – это плотность, которая гарантирует уровень жизни, соответствующий технологии и ресурсам данного сообщества.
Вопросы оптимальной численности населения очень дискуссионны и, можно сказать, совсем еще не проработаны. По данным антропологов до развития земледелия и скотоводства на планете проживало 4-8 млн людей. Причем в период предшествующий неолитической революции население сократилось от 2-х до 10-ти раз. На рубеже эр население планеты составляло около 500 млн человек. Считается, что именно такое количество способны прокормить естественные экосистемы. Сто лет назад на земле проживало 1,6 млрд, сейчас 7 млрд человек. Среди ученых нет однозначного мнения об оптимальной численности населения на планете, оно варьирует от 0,5 до 40,0 млрд человек. Наиболее часто предлагаются биосферная модель будущего земли – 1-2 млрд и ресурсная модель – 8,2 млрд человек.
Правило меры преобразования природных систем – в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания (самоорганизация и саморегуляция) и обычно ограниченные заметным изменением систем трех сопряженных уровней иерархии (подсистем, систем того же уровня и надсистем). Выводы: Единица ресурса может быть получена лишь в определенный промежуток времени. Перешагнуть через фазу развития природной системы невозможно. Проведение хозяйственных мероприятий рационально лишь в рамках некоторых оптимальных размеров, выход за которые в меньшую или большую стороны снижает их хозяйственную эффективность. Преобразовательная деятельность не должна выводить природные системы из состояния равновесия. Преобразование природы (если оно не восстановительное, не «мягкое») дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения каких-то показателей в смежных местностях или биосфере в целом. Хозяйственное воздействие затрагивает не только ту систему, на которую оно направлено, но и ее надсистемы, «стремящиеся» нивелировать производимые изменения. Природные цепные реакции никогда не ограничиваются изменением вещества и энергии, но затрагивают и динамические качества систем природы. Вторичное постепенно сложившееся экологическое равновесие, как правило, устойчивее, чем первичное, но потенциальный «запас преобразования» при этом сокращается. Несоответствие «целей» естественно-системной регуляции и целей хозяйства может приводить к деструкции природного образования (т. е. силы природы и хозяйственных преобразований при большей величине последних могут в ходе противоборства сначала «гасить» друг друга, а затем разрушать природную составляющую). Технические системы воздействия в конечном итоге (в длительном интервале времени) всегда менее хозяйственно эффективны, чем направляемые естественные. Технические воздействия имеют тенденцию превращаться в перманентные и все более усиливающиеся, вплоть до полной замены саморегуляции природных систем техногенным регулированием, что в конечном итоге экономически разорительно.
Правило мягкого управления природой. Мягкое управление природой заключается в посредованном, направляющем и восстанавливающем экологический баланс управлении природными процессами с вызовом желательных природных цепных реакций.
Это правило еще называют правилом целесообразного преобразования природы, основанным на восстановлении бывшей продуктивности экосистемы, которая может быть повышена в результате серии проведенных мероприятий, базирующихся на использовании объективных законов природы, направляющих природные цепные реакции в благоприятную для хозяйства и жизни людей сторону.
Примером мягкого управления природой может служить сопоставление двух форм ведения лесного хозяйства — сплошнолесосечная (жесткое воздействие) и выборочная рубка (мягкое воздействие). С экономических позиций сплошная рубка является более рентабельной, когда в один прием с участка забирается вся древесина. При выборочной рубке возникает много осложнений технического порядка, и поэтому древесина по себестоимости оказывается дороже. При этом предусматривалось, что на сплошных лесосеках лес восстанавливается путем массовой посадки. Такое мероприятие обходится в целом недорого. Но при сплошных вырубках теряется сама лесная среда, что приводит к падению уровня рек, их заболачиванию, зарастанию нелесными видами растений, размножению очагов вредителей леса и к другим неблагоприятным последствиям. В итоге более низкие начальные затраты мероприятия приводят к значительному ущербу, требующему для своей ликвидации больших расходов. При выборочной рубке сохраняется лесная среда, а повышенные начальные затраты окупаются за счет предотвращения различных негативных последствий. Переход к жестким методам управления целесообразен только лишь при одновременной замене экстенсивной формы хозяйствования интенсивной в пределах относительно коротких интервалов времени.
В долгосрочной перспективе эффективно лишь мягкое управление природными процессами. Антропогенное изменение экологического равновесия для увеличения биологической продуктивности природных комплексов получило название преобразование природы. Оно может быть связано как с хозяйственным освоением новых пространств, так и с восстановлением биологической и иной продуктивности природных систем. В ряде случаев в процессе преобразования природы происходит деградация биологических сообществ. Это построение экосистем связано с их приближением к зональному естественному виду, понимаемому как финальная относительно устойчивая фаза естественной последовательности смены биоценозов. Такая смена возникает на одной и той же территории под влиянием человека. Преобразование природы ограничено экологическими законами и правилами по сохранению больших экосистем, что доказывает несостоятельность теорий о беспредельном преобразовании природы. Данная теория пагубна экономически и опасна экологически, т. к. в конечном счете это ведет к возникновению таких условий, которые окажутся непригодными для жизни человека как биологического вида
Вопросы и задания для самоконтроля уровня знаний
· В чем сущность 1-го закона Б. Коммонера - все связано со всем?
· Раскрыть содержание закона внутреннего динамического развития.
· В чем сущность 2-го закона Б. Коммонера - все должно куда-то деваться
· Как следует понимать 3-й закон Б. Коммонера -природа знает лучше?
· Как следует понимать 4-й закон Б. Коммонера -ничто не дается даром
· Раскрыть содержание закона константности В.И. Вернадского
· Раскрыть содержание закона ограниченности природных ресурсов
· Почему используемая в литературе категория «неисчерпаемые»
природные ресурсы не соответствует закону ограниченности природных ресурсов
· Перечислите основные законы в системе общество-природа, которыми следует руководствоваться в природопользовании
Использованная и рекомендуемая литература
Арустамов,Э.А. Экологические основы природопользования: учебник/ Э.А. Арустамов, И.В.Левакова.-М.: Дашков,2003.- 280 с.
Гальперин М.В. Экологические основы природопользования : учебник / М.В. Гальперин. — 2-е изд., испр. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2017. — 256 с
Марфенин Н.Н. Устойчивое развитие человечества: Учебник. М.: Изд- во МГУ,
2006. - 624 с.
Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Россия молодая, 1994. – 367 с.
Степановских А.С. Биологическая экология. Теория и практика – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009 – 791 с.
Социальная экология – SITELINK –S390
Тема 3 Природные ресурсы
Человечество имеет реальные взаимосвязи с частью природы, т.е. совокупностью ресурсов и условий, представленных взаимодействующими между собой литосферой, гидросферой и атмосферой, растительным и животным миром и другими энергетическими сферами, менее или более изученными.
Природа состоит из элементов, которые в современной классификации подразделяются на природные условия и природные ресурсы
К природным условиям относят те элементы природы, которые не вовлечены непосредственно в хозяйственный оборот при достигнутой технологии производства, но могут оказывать положительное или отрицательное влияние на процесс производства, на жизнедеятельность. К ним относят: местоположение на материке, геологическое строение, рельеф и размеры территории, климат, водный режим, интенсивность солнечной радиации, растительный мир, почвенный покров и многие другие элементы окружающей среды.
Природные условия определяются внутренними и внешними факторами.
К внешним факторам относится Солнце, космическое пространство и ряд глобальных земных факторов, изменение границ суши и океанов, изменение состава воды и атмосферы и др.
Природные ресурсы — это элементы природы, которые вовлекаются и производство и при достигнутой технологии составляют его вещественную и энергетическую части. Природные ресурсы могут выступать в роли средств труда, источников сырья, энергии, материалов и в качестве предметов потребления.