Законы, принципы, правила экологии

КАК ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ФУНДАМЕНТ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

(по Реймерсу, 1990)

Законы экологии

1. Закон внутреннего динамического равновесия — вещество, энер­гия, информация и динамические качества отдельных природных сис­тем (ПС) и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие перемены, сохра­няющие общую сумму качеств систем, где эти изменения происходят. Эмпирические следствия этого закона:

• Любое изменение среды (вещества, энергии) неизбежно приво­дит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтра­лизации произведенного изменения или формирования новых ПС, об­разование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер.

• Взаимодействие вещественно-энергетических экологических ком­понентов (энергии, газов, организмов и др.) 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 её крупных элементах ответные реакции,
приводящие к относительной неизменности эколого-экономического
потенциала ("правило Тришкина кафтана"), увеличение которого воз­
можно лишь путём значительного возрастания энергетических вложений.

Комментарий. Этот закон - один из узловых в природопользовании. Пока из­менения среды малы (например, доля пашни в средние века была менее 1% территории любой страны), они или ограничиваются конкретным местом, или гаснут в цепи иерархии экосистем. Но как только перемены достигают суще­ственных значений (в бывшем СССР площадь пашни достигала 228 млн. га -38% с/х угодий), ограниченных правилами одного и десяти процентов, они приводят к существенным сдвигам в природных комплексах и во всей био­сфере. Попытки нейтрализовать последствия ведут к столь значительным вложениям энергии, что это подрывает ПРП вплоть до деградации земель.

Например, при перегораживании на Каспии пролива Кара-Богаз-Гол глухой плотиной для уменьшения потерь воды во всём Каспии от испарения не были учтены первое, второе и третье следствия закона, что вызвало к жизни действие четвертого следствия этого закона. По­следующие материальные и энергетические затраты и потери значи­тельно превзошли те, что были изначально необходимы (см. правило цепных реакций при "жестком" управлении природой).

Противоположный пример дает рациональная агролесомелиорация степных и пустынных пространств на юге России, когда восстанов­ление ранее уничтоженной лесистости приводит к смягчению климата, увеличению продуктивности земель.

2. Четыре закона экологии Коммонера:

• всё связано со всем;

• всё должно куда-то деваться;

• природа знает лучше;

• ничто не дается даром.

Первый, второй и четвертый законы отражают закон внутреннего динамического равновесия, обращают внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе. Третий закон говорит о том. что пока мы не имеем достоверной информации о механизмах и функциях при­роды, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но же­лающему их починить, легко вредим ПС, пытаясь их улучшить. Он призывает к предельной осторожности хозяйствования в природе и её преобразования.

3. Закон необходимого разнообразия. Любая система не может
сформироваться из абсолютно одинаковых элементов. Из этого закона
вытекает закон неравномерности развития систем, поскольку это один
из способов увеличения разнообразия, а также закон (правило) полноты составляющих (компонентов) системы и правило оптимальной компо­нентной дополнительности.

4. Закон неравномерности развития систем. Системы одного
уровня обычно развиваются не строго синхронно: в то время как одни
из них достигли более высокого уровня развития, другие еще остаются
в менее развитом состоянии. Значение данного закона для природо­пользования заключается в том, что он "запрещает" абсолютное однообразие (как и закон необходимого разнообразия), пространственно
создаваемое человеком (сплошная распашка), а в области управления
природопользованием требует неравномерного капиталовложения к его
различным сторонам.

5. Закон ограниченности ПР. Все ПР (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" ПР возникла по недоразумению и является вредной, создавая у хозяйственников иллю­зию возможности непомерного расширения производства.

6. Закон оптимальности. С наибольшей эффективностью любая
система функционирует в некоторых пространственно-временных рам­ках. Никакая система не может сужаться и расширяться до бесконечности. Закон диктует необходимость поиска наилучших, с точки зрения продуктивности, размеров культивируемых полей, строящихся городов. Игнорирование этого закона (создание огромных площадей монокуль­тур хлопчатника, пшеницы) приводит к однообразию, что вызывает функциональные срывы: нашествие саранчи, шелкопряда, в мегаполи­сах - эпидемии и пр.

7. Закон падения ПРП. В рамках одной общественно-экономической формации и одного типа технологии ПР делаются всё менее доступными, требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспор­тировку. Примером могут быть добыча нефти и газа из все более глубоких горизонтов (скважины бурятся не до 2-3 км, как ранее, а до 4-6 км) и более северных районов (арктическое побережье и шельф).

8. Закон равнозначности всех условий жизни. Все природные усло­вия среды, необходимые для жизни, играют равнозначную роль. Их
игнорирование в землепользовании выразилось в применении на полях тяжелой техники, которая, переуплотняя почву, нарушила её структуру.

9. Закон развития природной системы за счет окружающей её
среды. Любая ПС может развиваться только за счет использования ма­териально-энергетических возможностей окружающей её среды. Абсо­лютно изолированное саморазвитие невозможно. Закон есть следствие
из начал термодинамики.

Вследствие этого:

• абсолютно безотходное производство невозможно;

• любая более высокоорганизованная биотическая система (напри­мер, вид животного), используя и видоизменяя среду жизни, представля­ет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем;

• биосфера Земли как система развивается не только за счет ресур­сов планеты, но опосредованно за счет космических систем (в периоды солнечной активности растет число инфарктов, психических срывов, автокатастроф и т.д.).

10. Закон растущего плодородия. Агротехнические и другие про­грессивные приемы ведения сельского хозяйства, появляющиеся в
практике земледелия, ведут к увеличению урожайности полей. При
этом высокие урожаи обеспечиваются огромными энергетическими
вложениями, порой угрожающими серьезными экологическими послед­ствиями, если, конечно, не учитываются экологические ограничения.

11. Закон снижения энергетической эффективности природополь­зования. Сходом исторического времени при получении из ПC полезной продукции на её единицу в среднем затрачивается все больше энергии. Расход энергии на 1 человека (ккал/сут.) в каменном веке был

16 тыс., в аграрном обществе - 48 тыс., в индустриальную эпоху -280 тыс., а в развитых странах в наше время до 1 млн., т.е. в 60 раз больше, чем у наших далеких предков. С начала XX века количество энергии, затрачиваемое на 1 ед. сельскохозяйственной продукции, в развитых странах возросло в 8-10 раз, на 1 единицу промышленной продукции - в 10-12 раз.

12. Закон совокупности (совместного) действия природных факто­ров. Величина урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимити­рующего фактора, но от всей совокупности экологических факторов
одновременно.

13. Закон соответствия между уровнем развития производительных сил и ПРП. Развитие производственных сил происходит относительно постепенно до момента резкого истощения ПРП, который характеризу­ется как экологический кризис. Кризис разрешается через революцион­ное изменение производительных сил (переход от охоты и собиратель­ства к скотоводству и земледелию, техническая революция и пр.).

14. Закон убывающего плодородия. В связи с постоянным изъятием
урожая и нарушением естественных процессов почвообразования, а так­ же при длительной монокультуре в результате накопления токсичных веществ, выделяемых растениями, на культивируемых землях постепен­но происходит снижение естественного плодородия почв (почвоутомле­ние). К концу XX века плодородие в той или иной степени потеряно у 50% всех пахотных угодий мира. Интенсификация сельского хозяйства позволяет получать все большие урожаи при меньших затратах человече­ского труда и частично нейтрализовать снижение плодородия, но в то же время падает энергетическая эффективность землепользования.

15. Закон увеличения оборота вовлекаемых ПР. В историческом
процессе развития мирового хозяйства быстрота оборачиваемости во­
влечения ПР (вторичных, третичных и т.д.) непрерывно возрастает на
фоне относительного уменьшения объемов их вовлечения в производство (относительно темпов роста самого производства). Закон указывает на увеличение интенсификации цикличности производства. В этом процессе требуется все больше энергии для ускорения оборачиваемости вовлеченных ПР.

Принципы экологии

Принцип обманчивого благополучия. Первые успехи (или неудачи) в природопользовании могут быть кратковременными: успех мероприя­тия по преобразованию природы или управления ею объективно оцени­ваются лишь после выяснения хода и результатов природных цепных реакций в пределах естественного природного цикла (от 2-3 до несколь­ких десятков лет).

 

Например, даже знак процесса может колебаться от положитель­ного до отрицательного в течение ряда лет. Молодые растущие леса забирают и иногда иссушают местность. Сформировавшийся лес снача­ла балансирует приток и расход влаги, затем постепенно приводит к повышенному увлажнению. Уже перестойные леса вновь оказывают иссушающее воздействие. Отсюда следует, что только глубокий по времени экологический прогноз может обеспечить истинный успех хо­зяйственного мероприятия.

Принцип удаленности события — явление, отдаленное во времени и в пространстве,- кажется менее существенным. В природопользовании этот принцип часто становится основой неверных практических дейст­вий. Предполагается, что в будущем на основе НТП экологические про­блемы будут решаться легче, чем сейчас. На самом же деле потомки будут платить дороже, прежде всего согласно закону снижения энерге­тической эффективности природопользования, закону развития ПС за счет окружающей её среды и правилу интегрального ресурса, действие которых в совокупности приводит к более напряженной ресурсной си­туации со временем, вплоть до коренного перелома - экологической (хозяйственной) революции, сопровождаемой социальными изменениями.

Правила экологии

Правило 10 процентов - среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой составляет 10% (от 7 до 17%) энергии или вещества в энергетическом выражении и, как правило, не ведет к неблагоприятным для экосистемы последствиям.

Согласно опыту в стационарных популяциях, не подверженных в данный момент массовому размножению или катастрофическому паде­нию численности, изъятие 10-30% особей 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 противовес этому, из популяций, снижающих численность, изъятие особей в пределах правила 10% мо­жет привести к полному их исчезновению. Использование этого прави­ла позволяет иногда определить возможный и безопасный объем про­мысла, а чаще найти лишь общий подход к решению определения объ­ема изъятия биоресурсов.

Правило интегрального ресурса. Конкурирующие в сфере ис­пользования конкретных ПС отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совме­стно эксплуатируемый экологический компонент или всю экосистему в целом. Это правило - еще одно прикладное следствие закона внутрен­него динамического равновесия. Например, в водном хозяйстве гидроэнергетика, транспорт, коммунальное хозяйство, орошаемое земледелие и рыбная промышленность связаны таким образом, что в наименее вы­игрышном положении оказывается промысел рыбы.

Правило меры преобразования природных систем. В ходе эксплуатации ПС нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции) и обычно ограниченные заметным изменением сис­тем трех сопряженных уровней иерархии. Поскольку это свойство и саморегуляция ПС поддерживаются двумя механизмами - соотношени­ем экологических компонентов внутри системы и взаимодействием подсистем, систем того же уровня и подсистем в их иерархии, то это правило справедливо для обоих этих механизмов. Подсистема высокого уровня иерархии может поддерживать некоторые подсистемы разру­шенной системы низшего уровня, но не восстанавливать их. Например, черноземы, возникшие в лесостепях при распашке, зонально поддержи­ваются, но постепенно деградируют, сохраняя возможность к восста­новлению лишь при создании естественных условий их образования.

Из этого правила следует ряд выводов:

• Единица возобновляемого ПР может быть получена лишь в отре­зок времени, определенный скоростью функционирования системы.

• Перешагнуть через фазу последовательного развития ПС невозможно.

• Проведение хозяйственных мероприятий рационально лишь в
рамках определенных размеров, выход за которые в меньшую и боль­шую сторону снижает их хозяйственную эффективность.

• Преобразовательная деятельность не должна выводить ПС из со­
стояния равновесия путем избытка какого-то из средообразующих компонентов, или. если это необходимо, требуется достаточная компенса­ция в виде относительно не преобразованных ПС (оптимальная терри­ториальная структура - оптимальная лесистость).

• Преобразование природы (если оно невосстановительное) дает
локальный или региональный выигрыш за счёт ухудшения каких-то
показателей в смежных ландшафтах или в биосфере в целом.

• Хозяйственное воздействие затрагивает не только ту систему, на
которую оно направлено, но и её подсистемы, стремящиеся нивелировать производимые изменения. В связи с этим расходы на преобразова­ние природы никогда не ограничиваются лишь вложениями на объекты, подвергающиеся непосредственно планируемым воздействиям.

• Природные цепные реакции никогда не ограничиваются измене­нием вещества и энергии, но затрагивают и динамические качества ПС.

• Вторичное сложившееся экологическое равновесие устойчивее,
чем первичное, но потенциальный запас преобразования при этом сокращается.

 

• Несоответствие целей естественно-системной регуляции и целей
хозяйства может приводить к деструкции ПС.

• Технические системы воздействия в конечном итоге всегда менее
хозяйственно эффективны.

• Технические воздействия имеют тенденцию превращаться в перманентные (переходящие от одного звена к другому) и все более усили­вающиеся вплоть до полной замены саморегуляции ПС техногенным регулированием, что в конечном итоге экономически разрушительно.

Правило "мягкого" управления природой. "Мягкое" (опосредо­ванное, направляющее, восстанавливающее экологический баланс) управление природными процессами способно вызвать желательные цепные реакции и потому социально и экономически предпочтительнее "жесткого" техногенного. Это правило целесообразного преобразования природы. Примером является сопоставление двух форм ведения лесно­го хозяйства: сплошной лесосечной ("жесткое" воздействие) и выбо­рочной рубки ("мягкое"). Считается экономически более рентабельной сплошная рубка, при которой в один приём забирается вся древесина. При выборочной рубке возникает много осложнений технического по­рядка, и потому древесина оказывается дороже. При этом предполага­ется, что на сплошных лесосеках лес можно восстанавливать путем его массовой посадки, это обходится недорого. Однако при сплошных руб­ках теряется сама лесная среда, что ведет к падению уровня рек, в дру­гих местах - к заболачиванию, зарастанию лесосеки нелесными видами растений, препятствующих росту леса, возникновению очагов размно­жения вредителей леса. Более низкие начальные затраты "жесткого" мероприятия дают цепь ущербов, требующих затем больших расходов на их ликвидацию, наоборот, при выборочных рубках управление вос­становлением леса облегчается из-за сохранения лесной среды. Повы­шенные начальные затраты постепенно окупаются в результате предот­вращения ущербов.

Правило одного процента. Изменение энергетики в пределах 1% выводит ПС из равновесного состояния. Эмпирически это правило под­тверждается исследованиями в области мировой климатологии и др. про­цессов. Все масштабные явления на планете (мощные циклоны, изверже­ния вулканов) имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, получаемого Землей. Переход энергетики процесса за это значение приводит к существенным аномалиям: резким климатическим отклонениям, переменам в растительности, крупным лес­ным пожарам. Этот непреодолимый порог, обозначенный природой, -сигнал человеку в его необузданной гонке техногенных преобразований в биосфере, который может среагировать "ядерной зимой".

Правило оптимальной компонентной дополнительности. Ника­кая экосистема не может самостоятельно существовать при искусственно созданном значительном избытке или недостатке одного из экологи­ческих компонентов. Это правило предупреждает о том, что длительное искусственное изменение одного из экологических компонентов неми­нуемо приведет к замене существующей экосистемы другой, не всегда хозяйственно желательной. При этом полезные для человека ресурсы экосистемы быстро иссякнут. Отсюда становится понятной причина гибели многих цивилизаций прошлого, строивших свое благополучие на предельном экологическом дисбалансе и необходимости вложения все большего количества энергии для получения единицы продукции. Ис­черпание приводило цивилизации к краху.

Правило ускорения развития. Чем стремительнее от антропоген­ного воздействия изменяется среда обитания человека и условия веде­ния им хозяйства, тем скорее, по принципу обратной связи, происходит перемена в социально-экологических свойствах человека, экономиче­ском и техническом развитии общества. Например, длительность каж­дой последующей общественно-экономической формации короче пре­дыдущей. Это ускорение распространяется не только на общество, но и на всю биосферу.

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите примеры, показывающие, что любое изменение одного из
элементов ПС приводит к цепной реакции изменений других.

2. Какие количественные перемены в ПС приводят к существенным в
ней сдвигам и какими правилами экологии они объясняются?

3. Каким экологическим законам противоречит практикуемая часто в
сельском хозяйстве сплошная распашка земель?

4. Какому закону противоречит тезис о возможности безотходного
производства?

5. Какими последствиями для природы и экономики оборачивается
увеличение урожайности полей?

6. Как человек борется с "почвоутомлением"?

7. Почему только глубокий по времени экологический прогноз может
обеспечить истинный успех хозяйственного мероприятия?

8. Почему за экологические последствия современности наши потомки будут платить дороже? Обоснуйте ответ соответствующими закона­
ми и правилами.

9. Как отзовётся на популяции минтая изъятие из него при промысле
20% от общего количества рыбы?

10.Каким составляющим ПС наносят наибольший ущерб конкурирую­щие между собой отрасли хозяйства?