Экология как научная дисциплина. Общая экология. Социальная и прикладная экология.

Лекция 1. Экология как научная дисциплина. Общая экология. Социальная и прикладная экология. 1. Экология как научная дисциплина. Что такое экология. Термин «экология» (буквально от греч. oikos— жилище, местопребывание, дом и logos— наука) был предложен Эрнстом Геккелем в 1866 г. Это наука, изучающая организацию и функционирование систем различных уровней. В настоящее время современная экология изучает также взаимодействия человека и биосферы, производства с окружающей его природной средой и другие проблемы. В зависимости от объекта и предмета исследований, экология подразделяется как: 1. Часть биологии, изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т. п.) между собой и окружающей средой, называется биоэкологией. 2. Дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного уровня. 3. Комплексная наука, исследующая среду обитания живых существ (включая человека). 4. Наука о способах ограничения потребления ресурсов биосферы для удовлетворения нужд хозяйственной деятельности человека. В настоящее время развивается экологизация различных дисциплин, под которой понимается процесс внедрения систем технологических, управленческих и других реше­ний, позволяющих эффективно использовать природные ресурсы. В связи с этим экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, далеких от первоначального понимания экологии как биологической науки об отношениях живых организмов с окружающей их средой. Но в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии. Экологию по размерам объектов изучения делят на географическую, объектами изучения которой являются крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и глобальную экологию — учение о биосфере Земли. По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, прикладную, инженерную и т.д. По средам и компонентам различают экологию суши, водоемов, морскую, высокогорную, химическую. По подходам к предмету исследования - аналитическую и динамическую экологию. В системе экологии человека выделяют социальную экологию, изучающую взаимоотношения социальных групп общества, так и человека в целом. Задачи экологии В зависимости от решаемых задач экологию подразделяют на общую, исследующую основные принципы организации и функционирования различных систем, и частную, сферой которой является изучение конкретных групп. Общая экология классифицируется по уровням организации. Популяционная экология изучает популяции — совокупности особей одного вида объединяемых общей территорией. Биоценология исследует структуру и динамику природных сообществ —совокупностей совместно обитающих популяций разных видов. В настоящее время многие разделы экологии имеют выраженную практическую направленность и имеют большое значение для развития различных отраслей хозяйства. Основной задачей экологии на современном этапе является изучение количественными методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком систем. Окружающая нас живая природа не является беспорядочным сочетанием живых существ. Она представляет собой устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые явления, связанные с воздействиями человека на природу, обратными влияниями природы на человека и его экономику, с хозяйственными процессами называются экологической проблемой. Взаимоотношение человека с видами и сообществами может быть достигнута за счет усилий со стороны человека. Этим может быть достигнуто решение многих хозяйственных проблем: — интенсификация производства ряда отраслей; — сохранение и экономия дорогостоящего сырья; — увеличение продолжительности жизни и уменьшение заболеваемости людей; — совершенствование механизмов взаимодействия общества и природы. Значение экологического образования В настоящее время развитие взаимоотношений с природой представляет опасность для существования не только отдельных объектов, территорий, стран и т. п., но и для всего человечества. Это объясняется тем, что человек тесно связан с живой Природой происхождением, материальными и духовными потребностями, но, в отличие от других организмов, эти связи достигли таких масштабов и форм, что это может привести к полному вовлечению живого покрова планеты (биосферы) в жизнеобеспечение современного общества. Человек, благодаря разуму, стремится обеспечить себе условия среды, быть независимым от физических факторов, например, от климата, от нехватки пищи, избавиться от вредных для него животных и растений и т. п. Поэтому человек, прежде всего, отличается от других видов тем, что взаимодействует с природой через создаваемую им культуру. Остановить стихийное развитие событий помогут лишь знания о том, как ими управлять, что возможно через всеобщее экологическое образование людей. Как справедливо отметил американский эколог Б. Коммонер в начале 70-х гг., «поиски истоков любой проблемы, связанной с окружающей средой, приводят к неоспоримой истине, что коренная причина кризиса заключена не в том, как люди взаимодействуют с природой, а в том, как они взаимодействуют друг с другом...». Экология, как мы уже показали выше, возникла для решения задач изучения взаимодействия всего живого с неживой природой и организмов между собой. Человек — тоже такой же организм, и изоляция его от природы существенно сказывается на его здоровье. Изменение, а тем более уничтожение этой природной среды, влечет за собой отрицательные последствия для жизни человека. Экологические знания позволяют ему принимать правильное решение с целью охраны природы. Они дают понять, что человек и природа — единое целое и представления о господстве его над природой примитивны. Экологически образованный человек не допустит стихийного отношения к окружающей его среде жизни. Он будет бороться против экологического варварства, а если в таких людей станет большинство, то они обеспечат нормальную жизнь своим потомкам, преобразуя и совершенствуя саму цивилизацию, находя наилучшие «экологически чистые» варианты взаимоотношения природы и общества. Отсюда следует, что в настоящее время остановить нарушение экологических законов можно, только подняв на должную высоту экологическую культуру каждого члена общества, что возможно сделать, прежде всего, через образование, через изучение основ экологии. Это особенно важно для всех специалистов в первую очередь для специалистов технического профиля. 2. Общая экология Экологизация общественного сознания мирового сообщества началась относительно недавно и была обусловлена нарастающими явлениями глобального экологического кризиса, связанного с демографическим взрывом, вытеснением и уничтожением естественных природных сообществ – лесов, степей и т. п., истощением естественного потенциала биопродуктивности, т. е. обеднением различных природных сред – океана, почв и повсеместным загрязнением окружающей среды продуктами хозяйственной деятельности человека, от которых страдает не только окружающая природная среда, но и сам человек. Что же определяется термином «экология»? Первоначально это понятие было введено Эрнстом Геккелем 150 лет назад, когда он исследовал взаимосвязи всего живого на примере отдельных природных объектов (в частности пруда около своего дома). Тогда понятие «экология» обозначало отношения живых организмов между собой и окружающей средой. Впоследствии предмет экологии настолько расширился, что так называемая «глобальная или всеобщая экология» как научное направление состоит уже из десятков направлений (по Реймерсу): • раздел экологии воздействий – физикоэкология, химическая экология, геохимическая экология, радиационная экология; • раздел биоэкологии – эндоэкология (эндо – внутренний), включающая молекулярную экологию, экологию клеток и тканей, физиологическую экологию индивида, консорционную экологию; экзоэкология (экзо – внешний), включающая глобальную экологию (учение о биосфере), биогеоценологию, биоценологию, синэкологию сообществ, экологию вида, популяционную экологию и нек. др.; • экология систематических групп, таких, как прокариоты, грибы, растения, животные, и более мелкие группы; • раздел геоэкологии – экология ландшафтная: экология тундры, леса, лесостепи, степи, пустыни и др.; • экология сред: воздушной, наземной, континентальных водоемов, морей и т. п.; • экология культурных ландшафтов; экогеоморфология; палеоэкология; • экология регионов: экология России, экология Дальнего Востока, экология Белгородской области и т. п.; • раздел экологии человека, социальной экологии – экология народонаселения, экология личности, экология социальных групп, экология человеческих популяций, экология человечества; • раздел прикладной экологии – эколого-экономические науки, технологическая экология; промысловая экология, экология домашних растений и животных, медицинская экология, рекреационная экология, сельскохозяйственная экология, промышленная (инженерная) экология, космическая экология и еще целый ряд разделов. Таким образом, экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека. Содержание экологии – исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов, биосферы, их продуктивности, энергетики, устойчивости. Предмет исследования экологии – биологические макросистемы (системы надорганизменного уровня) и их динамика во времени и пространстве, а также отношения компонентов этих систем. В составе биологических макросистем рассматриваются особи, организмы (в аспекте отношений со средой обитания – изучает аутэкология), малые социальные группы (стая, прайд и т.п. – демэкология), популяции (экология популяций), виды (эйдэкология, или экология видов), сообщества популяций разных видов (синэкология), биогеоценозы (экосистемы) и биосфера (экосферология, биосферология). Задачи экологии – изучение законов формирования, взаимодействия экосистем, их динамики и структуры, а также поиск возможностей управления экологическими процессами. Природоохранные аспекты науки экологии включают в перечень ее задач следующие направления: • исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на окружающую среду и биосферу в целом; • научное обеспечение рационального использования природных ресурсов, сохранения среды обитания человека; • восстановление нарушенных природных систем; • сохранение (консервация) эталонных участков биосферы. Обыденное восприятие экологических и природоохранных вопросов часто смешивает эти области, а термин «экология» используется не всегда корректно, что требует уточнения соответствующих понятий. В отличие от понятия «экология», термин «охрана окружающей природной среды» изначально определял и определяет не научное направление, а совокупность мер, действий, планов и программ (международных, государственных, региональных, локальных (местных), административно-хозяйственных, технологических, политических, юридических и т.д.), направленных на сохранение, рациональное использование и воспроизводство природной среды и природных ресурсов. Впоследствии «охрана природной среды» сформировалась в комплексную межотраслевую научную дисциплину, разрабатывающую общие принципы и методы сохранения и восстановления природных ресурсов, подразделяющуюся на множество разделов. Главные из них – охрана земель, вод, атмосферы, растительного и животного мира, природных комплексов. Попутно кратко можно отметить особенности исторических этапов развития экологии как науки и системы охраны окружающей природной среды. Первоначально эти две области знания развивались как бы независимо. Целая плеяда ученых: Геккель, Дарвин, Вернадский, Реймерс и др. развивали экологию как систему научного мировоззрения, но большей частью как биологическую науку. До момента осознания экологического кризиса это развитие шло независимо от стихийно формирующейся практики природоохранной деятельности. Природоохранная деятельность имеет свою самостоятельную историю, когда народное самосознание, а порой и частные интересы интуитивно или путем локальных исследований определяли частные экологические взаимосвязи и правила природопользования. Например, устанавливались строгие режимы распределения воды в сельском хозяйстве южных стран. В странах Западной Европы в средние века заповедовались лесные массивы в целях сохранения дичи для королевских охот. Существовала система наказаний за слив нечистот в реки в отдельных областях еще дореволюционной России. Петр I создал институт лесной охраны и т. п. Общая экология – это отрасль науки об общих закономерностях взаимоотношений живых организмов и среды их обитания. Среда обитания – это часть природы, которая окружает живые организмы и с которой они непосредственно взаимодействуют, постоянно приспосабливаясь к ней, регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с ее изменениями. Среда слагается из множества элементов неорганической и органической природы, а также элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть необходимы, другие почти или полностью безразличны, третьи оказывают вредное воздействие. Например, растительноядному животному кислород, пища, вода и т. д. нужны; дерево с несъедобными листьями – чаще всего нейтрально (не нужно и не вредно), хотя иногда его можно использовать, например, спрятаться от солнца; наличие кровососущих насекомых – вредно. Основные типы среды обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная, сами живые организмы. Любое условие среды, как положительное, так и отрицательное, на которое живое реагирует приспособительными реакциями, называется экологическим фактором. Многообразие экологических факторов делят на категории: 1. абиотические факторы (неживой природы) – климатические, эдафические (субстратные, почвенные), орографические и химические; 2. биотические факторы – фитогенные, зоогенные, микро-биогенные; 3. антропические – совокупность воздействия деятельности человека на органический мир. Уже фактом своего существования люди оказывают на окружающую среду заметное влияние, функционируя в качестве консументов, потребляя органическую пищу, выделяя углекислый газ и иные отработанные вещества. Но это, собственно говоря, биотическая составляющая деятельности человека. В значительно большей степени на природу влияет его производственная деятельность, в результате которой изменяется рельеф и химический состав земной поверхности, атмосфера, происходит перераспределение пресной воды, изменяется климат планеты, ликвидируются отдельные естественные биогеоценозы, повсеместно создаются искусственные агробиогеоценозы, эксплуатируются полезные и уничтожаются вредные для человека виды растений и животных и т. п. Специфическая производственная деятельность человека предполагает выделение антропических факторов в отдельную категорию. Существуют и другие системы классификации по времени, по периодичности, по среде возникновения, по спектру воздействия и т. д. Отметим основные закономерности воздействия экологических факторов. Согласно закону оптимума, каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Состояние экологического фактора в этих пределах называется зоной оптимума экофактора. Ю. Либих сформулировал на примере агроценозов закон минимума, т. е. питательное вещество, находящееся в минимуме (недостатке) определяет урожайность культуры, несмотря на более или менее полную обеспеченность растений другими веществами. Этот закон по сути является частным случаем установленного Ф. Блэкманом закона лимитирующего фактора, который утверждает, что экологические факторы, присутствующие как в недостатке, так и в избытке (по отношению к оптимальным требованиям организма), ограничивают или прекращают его развитие и даже существование. Этот же смысл имеет сформулированный В. Шелфордом закон толерантности – диапазон между минимальным и максимальным значениями фактора определяет диапазон толерантности (или выносливости) организма к данному фактору. В качестве частного случая к вышеперечисленным закономерностям Н.Ф. Реймерс обсуждает предложенные разными исследователями уточнения, и в частности закон (эффект) компенсации (взаимозаменяемости) факторов: отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован другими близкими (аналогичными) факторами (Э. Рюбель, 1930). Например, недостаток света может быть компенсирован для растения обилием углекислого газа. Изменчивость внешней среды обусловливает способность организмов к адаптациям, т. е. приспособлениям к внешней среде. Адаптации возникают в ходе эволюции видов и проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до изменений структуры сообществ и экосистем. Соответственно их подразделяют на физиологические, поведенческие и морфологические. Все разнообразие приспособительных реакций реализуется тремя путями: активный путь – это усиление сопротивляемости; пассивный путь – подчинение жизненных функций изменению факторов среды; путь избегания неблагоприятных воздействий. На деле чаще всего наблюдается сочетание всех трех вариантов. Способность видов адаптироваться называется экологической валентностью, или пластичностью. Чем выше пластичность, тем больше у популяции шансов выжить в условиях непостоянности факторов окружающей среды. По данному признаку все организмы подразделяют на эврибионтные («эври» – широкий) и стенобионтные («стенос» – узкий). На организм одновременно действует множество экологических факторов: температура, влажность, свет, наличие пищи, присутствие хищников и т. д. Понятие эврибионтности или стенобионтности применяется к действию каждого конкретного фактора индивидуально. Например, растения, относимые к группе «факультативных гелиофитов», могут существовать и на открытых Солнцу участках, и в тени – следовательно, в отношении солнечной освещенности они являются эврибионтными. Но в отношении содержания солей в почве многие из подобных видов растений не выносят засоленности, могут существовать только в узком диапазоне содержания солей и являются стенобионтными. Следовательно, один и тот же организм может быть как эврибионтным, так и стенобионтным в зависимости от того, какой влияющий на организм экологический фактор мы рассматриваем. 3. Социальная и прикладная экология. «Социальная и прикладная экология» является естественным продолжением «Общей экологии». Ее содержание ориентировано прежде всего на рассмотрение и анализ вопросов и проблем, обусловливаемых человеческой деятельностью и особенно в тот период, когда человек, по выражению В. И. Вернадского, стал действовать как мощная геологическая сила. Этот период в геологических масштабах времени, как известно, крайне непродолжителен, но исключительно значим по результатам действия на среду, населяющие ее организмы и биосферу в целом. Он связан в основном с промышленной революцией, начавшейся 150-200 лет назад и особенно с последними 20-30 годами научно-технической и информационной революций. Именно с этого времени термин «экология» стал широкоупотребляемым и ориентированным на человека и среду его обитания. В «Общей экологии» основное внимание уделяется природным (абиотическим и биотическим) факторам, их действию в естественных экосистемах. В «Социальной и прикладной экологии» рассматриваются прежде всего антропогенные факторы, специфика их действия в природных, природно-антропогенных и социальных системах. Задачи социальной и прикладной экологии не ограничиваются только констатацией тех изменений в окружающем мире, которые человек вольно или невольно в него привносит. Не менее важны поиски научно обоснованных путей и методов предупреждения этих изменений или их нейтрализации. Важна реальная оценка технических, организационных, экономических, нравственных и других средств, подходов и методов решения экологических проблем. Известно, например, что если бы каждый житель Земли потреблял столько продовольствия, сколько потребляет средний американец, то его хватило бы не более чем на 2 млрд. населения. Это же относится и к другим ресурсам. Вклад США в загрязнения среды также не соизмерим с численностью населения. Располагая 6% мирового населения, США потребляют больше энергии, чем 2/3 населения Земли, проживающего в развивающихся странах. Энергетика же является одним из важнейших загрязнителей среды. Ясно, что если бы все страны вдруг достигли уровня США по способам и объемам производства продукции на душу населения, то биосфера вряд ли бы выдержала обрушившуюся на нее нагрузку. Из сказанного, однако, нельзя делать вывод, что решение современных экологических проблем возможно лишь через сохранение того уровня жизни, который характерен для развивающихся стран. Разрушение среды в этих странах тоже ускоряется из-за взрывообразного роста численности населения и использования примитивных технологий. Пресс на среду здесь обусловлен прямым уничтожением естественных экосистем (например, тропических лесов), быстрым истощением почв от чрезмерной их эксплуатации и низкого уровня агротехнической культуры. Изложенное свидетельствует, что необходимы поиски иных, часто нетрадиционных путей решения экологических проблем и выживания человечества. Это возможно в основном через согласование человеком своей деятельности (ее экологизации) с возможностями природы по двум направлениям: 1) технологическому - через разработку новых и совершенствование имеющихся технологий соответственно экологическим законам, правилам и принципам; 2) социальному - через более совершенное (рациональное) потребление производимой продукции. При этом приоритетным критерием должно стать не столько богатство, сколько социально, биологически и экологически обоснованные нормы. Эффективность решения этих и других вопросов прямо зависит от того, в какой степени применяемые меры согласуются с законами общей экологии. Люди должны осознать тот парадоксальный факт, что именно они - единственные разумные существа на Земле - стали угрозой жизни и существования биосферы в целом - Той биосферы, функционирование и устойчивость которой в течение нескольких миллиардов лет обеспечивались согласованной деятельностью многих неразумных живых существ. В этой связи противоречия между человеком и средой его обитания не могут быть сняты без основательных и разносторонних экологических знаний и без серьезных экономических затрат. Имеются, например, данные, что нейтрализация результатов отрицательной деятельности человека в биосфере, накопившихся только за последние 20 лет, требует затрат, уровень которых превышает ценности, производимые мировым сообществом в течение года. Такие компенсационные затраты с каждым годом увеличиваются, а круг вопросов, рассматриваемых в социальной и прикладной экологии, расширяется. В самом общем плане их можно объединить в три раздела: 1) специфика человека как биосоциального вида, его место и роль в биосфере и в экосистемах, масштабы воздействия на среду; 2) экологические проблемы, порождаемые деятельностью человека, их содержание, причины и следствия; 3) существующие и прогнозируемые пути и средства решения экологических проблем. Из этого далеко не полного перечисления задач и проблем данного раздела экологии следует, что он тесно связан не только с общей экологией, но также с комплексом социальных (культура, экономика, социология, демография), естественных (биология, химия, география) и прикладных (природопользование, энергетика, градостроительство и др.) наук и учебных дисциплин. Основные процессы и вызываемые ими проблемы этого экологического блока находятся в состоянии динамики. Их изучение требует постоянного пополнения новыми материалами. Не исключена вероятность уточнения или пересмотра сложившихся взглядов и представлений.