Основные экологические законы

Существует около 250 экологических законов, большинство из которых носит биологический характер. Среди законов природы встречаются обычные в науке законы детерминистского типа, которые жестко регулируют отношения между компонентами экосистем, но большинство из них представляют собой законы-тенденции, которые выполняются не во всех случаях.

Исторически первым законом для экологии есть закон, который устанавливает зависимость живых существ от факторов, которые ограничивают их развитие (так называемые лимитирующие факторы).

Закон минимума (Определен Ю. Либихом в 1840 г). Устойчивость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических требований. Закон минимума в настоящее время распространен на любые экологические факторы, но дополнен двумя ограничениями:

1. он относится к системам, находящимся в стационарном состоянии;

2. он относится не только к одному фактору, но и к комплексу факторов, различных по своей природе и воздействию на организмы и популяции.

Закон минимума Либиха можно пояснить на таких примерах. Пусть в почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например азота или фосфора. Рост растений на такой почве будет угнетен или вообще невозможен. Если же мы добавим в почву нужное количество фосфора (азота), это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить другие химические соединения (например, бор, цинк, калий) и даже добьемся того, что они будут содержаться в оптимальном количестве, а фосфор (азот) будет отсутствовать – это не даст никакого эффекта. Следует отметить, что наиболее четко закон минимума соблюдается тогда, когда речь идет о незаменимых ресурсах. Поскольку функции фосфора в биохимических процессах не могут выполняться другими элементами, то именно фосфор следует добавлять, чтобы урожай превысил достигнутый ранее предел.

Закон ограничивающих факторов, или закон Ф. Блехмана (1909). Факторы среды, имеющие в конкретных условиях максимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможности существования вида в данный момент.

Закон толерантности Шелфорда (1913 г). Наравне с влиянием недостатка – минимума экологических факторов, негативным может бить и влияние избытка, т.е. максимума факторов, таких как свет, тепло, влага и др.

Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Невозможность развития экосистем определяется не только недостатком, но и избытком любого экологического фактора (рис. 1). Диапазон между минимумом и максимумом экологических факторов принято называть диапазоном толерантности или зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для данного вида. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем более выражено угнетающее действие данного фактора на организм.

 

Рис. 1. Общая схема действия экологических факторов на живой организм: 1 – точка минимума; 2 – точка оптимума; 3 – точка максимума.

 

Переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Предел выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Представители разных видов значительно отличаются друг от друга, как по положению оптимума, так и по экологической валентности.

Для выражения степени толерантности в экологии применяются термины, использующие приставки стено- (узкий) и эври- (широкий). Маловыносливые организмы, узкоограниченные каким-либо экологическим фактором и способны обитать только в условиях устойчивого постоянства этого фактора называются стенобионтами. К ним обычно относятся многие паразиты, виды, обитающие на океанических глубинах, в пещерах, тропических лесах. Напротив, организмы, способные существовать при широких амплитудах изменчивости факторов окружающей природной среды называют эврибионтами. Они способны выносить широкую амплитуду интенсивности различных экологических факторов. К ним относятся многие наземные животные. Например, ареал обитания лисицы распространяется от лесотундры до степей. Если хотят подчеркнуть отношение организма к конкретному фактору, то используют термины, первая часть которых образована приставками стено- или эври-, а вторая содержит указание на конкретный фактор, например: эвритермные организмы, имеющие широкий температурный интервал (многие насекомые), стенотермные организмы, приспособившиеся к узкой амплитуде температур (растения тропических лесов).

Неоднозначность действия фактора на разные функции. Любой фактор по-разному влияет на функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других.

Правило взаимодействия факторов. Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может смягчаться повышенной влажностью, недостаток света для фотосинтеза - компенсироваться повышенной концентрацией углекислого газа в воздухе и др. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимно заменяться. Они не взаимозаменяемы.

Правило лимитирующих факторов. Фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность силы других факторов, в том числе и находящиеся в оптимуме. Например, если в почве имеются в достатке все необходимые для растения химические элементы, кроме одного, то рост и развитие растения будет обуславливаться тем химическим элементом, который находиться в недостатке.

Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действующих факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам.

Выявление ограничивающих факторов очень важно, поскольку знание этих факторов – ключ к управлению жизнедеятельностью организмов.

Закон минимизации энергии, или закон Г. и Э. Одумов. Выживание одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использование ее максимального количества наилучшим образом. Таким образом, наилучшими шансами на самосохранение обладает система, которая в наибольшей степени способствует поступлению, выработке и эффективному использованию энергии. Любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно.

Этот закон имеет важное практическое значение из-за основных следствий:

а) абсолютно безотходное производство невозможно, поэтому важно создавать малоотходные производства с малой ресурсоемкостью, как на входе, так и на выходе. Идеальным, на сегодняшний день, является создание циклического производства (отходы одного производства служат сырьем для другого) и организация разумного захоронения неизбежных отходов, нейтрализация неустраняемых энергетических отходов;

б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным (более примитивным) системам. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек может нейтрализовать эти воздействия, поскольку они могут бить разрушительными для природы и самого человека.

Закон ограниченности природных ресурсов. Правило одного процента. Поскольку планета Земля представляет собой естественное ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части, поэтому все природные ресурсы Земли являются конечными. К неисчерпаемым ресурсам можно отнести энергетические, полагая, что энергия Солнца является практически вечным источником энергии. Ошибка здесь заключается в том, что не учитываются ограничения, накладывая самой энергетикой биосферы. Согласно правилу одного процента изменение энергетики в рамках этой величины не выводит ее из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза) имеют суммарную энергию, не превышающую одного процента от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли. Искусственное же привнесение энергии в биосферу в наше время достигло значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на один порядок).

В начале 70-х гг. американский эколог Б. Коммонер сформулировал четыре положения, раскрывающие суть системы рационального природопользования. Эти положения стали называться законами. Суть этих законов состоит в следующем.

1. Все связано со всем. Это положение об экосистемах и биосферах. Биосфера - наш общий дом. Экологического благополучия в одной стране быть не может. С загрязнением океана, парниковым эффектом и озоновыми дырами должно бороться все мировое сообщество.

2. За все надо платить. Это всеобщий закон рационального природопользования. Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением - за повышение урожая и т.д. Международное сообщество финансирует научные проекты, позволяющие сохранить биологическое разнообразие и климат. Богатые страны помогают бедным улучшить экологическую ситуацию.

3. Все надо куда - то девать. Это положение о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны и поэтому надо думать об уменьшении их количества и о последующим захоронении этих отходов. Международное сообщество приняло специальные законы о запрете на вывоз ядовитых и радиоактивных отходов и их захоронения в других странах. Мировой океан – тоже не место для захоронения отходов. Каждая страна должна производить захоронение отходов на собственной территории. Естественные экосистемы не место для создания свалок отходов, хотя некоторое количества загрязняющих веществ эти экосистемы способны обеззараживать без нарушения экологического равновесия. Высокой очищающей способностью обладают водные экосистемы.

4. Природа знает лучше. Это самое важное положение природопользования, которое означает, что нельзя пытаться покорить природу, а нужно сотрудничать с ней, используя биологические механизмы для очистки стоков, повышения урожая культурных растений. При этом нельзя забывать о том, что человек является биологическим видом, частью природы, а не ее властелином. Человек должен сохранять естественные регуляторные механизмы сохранения экологического равновесия биосферы, не пытаясь быть умнее природы.

В 90-х гг. американский эколог Д. Чирас пришел к выводу, что Природа, с точки зрения человека, существует вечно и сопротивляется деградации благодаря действию четырех экологических законов:

- рецикличности или повторного многоразового использования основных веществ;

- постоянного возобновления ресурсов;

- консервативного потребления (потребляется живыми существами только то, что им необходимо, не больше и не меньше);

- популяционного контроля (природа не позволяет взрывного роста популяций, регулирует количественный состав того или другого вида путем создания соответствующих условий для существования и размножения).