Экологические основы природопользования и природообустройства

Законы экологии и их использование в природопользовании

Природопользование неразрывно связано с функционированием естественных экосистем, которые, в свою очередь, развиваются по законам экологии. Таким образом, природопользование должно опираться на законы экологии. Только таким образом можно обеспечить сохранение природно-ресурсного потенциала объектов природопользования. Наибольшее значение для обеспечения рационального природопользования имеют так называемые законы Коммонера, сформулированные в виде экологических поговорок или афоризмов. Именно они в наиболее универсальной форме отражают суть взаимоотношений природы и человеческого общества. Эти принципы были сформулированы в 1974 г. американским экологом Барри Коммонером. В общей сложности существует четыре закона. Они удивительно точно характеризуют взаимосвязи между компонентами окружающей среды, человеком и окружающей средой. Законы Коммонера позволяют понять принципы рационального природопользования и определить наиболее эффективные направления природообустройства.

Первый закон гласит «Все связано со всем». Это следует понимать так, что в природе ни один компонент или процесс не существует полностью изолированно. Следовательно, любое воздействие на какойлибо один компонент окружающей среды неизбежно распространяется и на остальные компоненты и процессы.

С точки зрения природопользования этот закон позволяет предотвратить последствия необдуманного вмешательства человека в естественные процессы окружающей среды. Далее приведем несколько примеров, иллюстрирующих необходимость учитывать закон о всеобщей взаимосвязи.

В середине XX в. широко практиковалось осушение болот, но оно привело к нежелательным изменениям гидрологического режима многих и рек и озер, к снижению численности болотной флоры и фауны. Осушение болот проводилось с самыми разнообразными целями. В частности, для увеличения прироста древесины, так как на избыточно увлажненных землях деревья не могут развиваться так же активно, как на умеренно увлажненных территориях. Во многих странах целью было вовлечение этих территорий в сельскохозяйственное производство. При этом не всегда учитывалось, что болота являются своеобразными аккумуляторами воды. Впитывая избыточную влагу в период весеннего снеготаяния, они затем постепенно отдают ее в течение лета, обеспечивая сглаживание пиков стока. Кроме того, проходя через торф, вода очищается от патогенной микрофлоры и взвешенных частиц. Таким образом, болота являются своеобразным фильтром, обеспечивая качество водных ресурсов. Но в то же время болота производят значительные количества метана — сильного парникового газа. Исследования роли болот в создании парникового эффекта еще продолжаются, поэтому однозначный вывод об их пользе или вреде делать еще преждевременно.

В 1958 г. в Китае боролись с популяцией воробьев. В те годы в Китае считалось, что воробьи являются сельскохозяйственными вредителями, массово уничтожающими урожай зерновых культур. Руководство страны поставило задачу истребить всех воробьев на территории страны, чтобы снизить потери зерна на полях. Также было решено избавиться от комаров, крыс и мух. Борьба с воробьями была наиболее успешной, и в течение нескольких месяцев 1958 г. подавляющая часть популяции погибла. В результате урожай 1959 г. действительно был заметно выше. Однако дальнейшая история показала ошибочность этой политики. Как оказалось, численность популяции воробьев тесно коррелирует с численностью насекомых-вредителей — их основной пищей. Без естественного регулирующего воздействия со стороны воробьев популяции насекомых-вредителей сильно увеличили свою численность, что в последующие годы привело к катастрофическому снижению урожая сельскохозяйственных культур в Китае и к голоду, который, по различным оценкам, унес жизни более 10 млн человек.

В 1950;х гг. на острове Борнео пытались снизить численность малярийных комаров. Борьба с переносчиками малярии проводилась Всемирной организацией здравоохранения. Для уничтожения комаров на Борнео использовали пестицид ДДТ. В результате численность комаров-переносчиков удалось существенно уменьшить. Однако в течение короткого времени после использования пестицида, на Борнео катастрофически увеличилась численность мышевидных грызунов. Оказалось, что пестицид подействовал не только на комаров, но и на более крупных насекомых: его накопление в организме повлияло на их подвижность, сделав более легкой добычей для насекомоядных животных. Насекомоядные, например ящерицы, питаясь подобными насекомыми, также накапливали ядохимикат: концентрация пестицида в их организмах оказалась почти в десять раз выше, чем аналогичная концентрация в организмах насекомых. Это тоже снижало их активность, а значит, повышало уязвимость перед хищниками. В конечном итоге эта пищевая цепь достигла популяции кошек. На их пищевом уровне концентрация пестицида достигла столь высоких значений, что привела к массовой гибели кошек. В свою очередь, отсутствие кошек позволило мышевидным грызунам резко увеличить свою численность и создать таким образом неблагоприятную санитарно-эпидемиологическую ситуацию на острове. Участились случаи заболевания населения брюшным тифом и туляремией. Для снижения численности мышей пришлось массово завозить на Борнео кошек.

И последний пример — история с попыткой шведских фермеров бороться со слизнями при помощи пива. Как известно, слизни отличаются чутким обонянием. Если установить на грядках открытые банки с пивом, то слизни очень быстро сползутся к ним и погибнут, так как пиво губительно для них. Когда шведские фермеры вместо запрещенных пестицидов применили описанный метод, то это привело к катастрофическому сокращению популяции ежей в Швеции. Оказалось, что и здесь действует закон Коммонера «Все связано со всем». Когда слизни гибли в банках с пивом, то их стали поедать ежи. Так как пиво является алкогольным напитком, то ежи пьянели и теряли поведенческую адаптацию — скручиваться в клубок при возникновении опасности. В результате они становились легкой добычей для хищников, что и привело к резкому сокращению их численности. Когда эта цепочка взаимосвязей была установлена, то использовать пиво для борьбы с улитками в Швеции запретили.

Второй закон гласит: «Природа знает лучше». Этот закон следует понимать так: невозможно улучшить природную экосистему. Если мы пытаемся, как нам кажется, улучшить естественный природный объект, то достичь этой цели не получится, так как все природные системы оптимальны. Этот закон необходимо учитывать как в природопользовании, так и в природообустройстве при вмешательстве в состав и структуру естественных экосистем.

Примером может служить спрямление русел рек с целью оптимизации их гидрологического режима. Указанное гидротехническое мероприятие далеко не всегда позволяет достичь поставленной цели. Зачастую в последующие годы происходит ускоренное заиление русла, размыв берегов. В летний период возможна маловодность.

Борьба с сельскохозяйственными вредителями путем внесения ядохимикатов может не только снизить, но и увеличить численность вредителя. Например, борьба с цитрусовой щитовкой в 1950;х гг. привела не только к снижению численности вредителя, но и к гибели ее естественных врагов. Причем естественные биологические враги цитрусовой щитовки страдали от пестицида в большей степени, чем сам вредитель. В результате в последующие годы произошла вспышка численности вредителя.

Следующий закон Коммонера имеет формулировку «За все надо платить». Он говорит о том, что необходимо компенсировать любое изъятие природных ресурсов и что использование природных ресурсов неизбежно приводит к разного рода потерям в окружающей среде. Эти потери могут выражаться и в снижении видового разнообразия, и в нарушении природных ландшафтов, и в ухудшении качества окружающей среды в целом. Каждое государство должно учитывать этот закон при организации системы контроля за природопользованием на своей территории. Примером действия является сельскохозяйственной производство. Когда человек изымает урожай из экосистемы, то одновременно происходит так называемое размыкание биогеохимического круговорота веществ в экосистеме. Для восполнения «утраченных» экосистемой веществ и энергии приходится «платить» сельхозугодиям, внося удобрения. Чем интенсивней осуществляется природопользование, тем, как правило, выше «плата» окружающей среде. Если «плата» не компенсирует оказанного воздействия в полной мере, то неизбежно начинаются деградация эксплуатируемой экосистемы и разрушение окружающей среды в целом.

Последним законом Коммонера является утверждение «Все должно куда-то деваться». С точки зрения природопользования его можно интерпретировать следующим образом: в процессе природопользования человек изымает огромные количества природных ресурсов, которые в конечном итоге превращаются в аналогичное по массе количество отходов, требующих для своего размещения значительных территорий. Синтезируемые в процессе промышленного производства вещества и материалы далеко не всегда могут быть разрушены в окружающей среде в ходе биохимических процессов. В результате такие материалы и вещества накапливаются в природе, приводя к нарушениям биогеохимических круговоротов, лежащих в основе поддержания устойчивости природных сообществ. Примером такой ситуации служит описанная выше история с применением пестицида ДДТ. Многие синтетические полимеры также являются трудно разлагаемыми веществами. Полиэтилен, например, может пролежать в земле или на ее поверхности без каких-либо химических изменений в своем составе до 200 лет. Обычной алюминиевой банке требуется для полного разрушения около 500 лет. Синтетические ткани разлагаются за срок более 40 лет. Порой самые на вид безобидные вещи повседневного обихода представляют серьезную опасность для окружающей среды. Так, например, губки для мытья посуды, попав на свалку, могут пролежать там до 200 лет. Все это говорит о том, что, синтезируя новые вещества и изобретая новые материалы, необходимо учитывать, что они рано или поздно попадут в окружающую среду. Необходимо обеспечить возможность их биоили физической деградации в окружающей среде за приемлемые сроки. Это, как правило, достигается путем введения в состав материала веществ, которые сравнительно легко подвергаются биоили физической деградации. В результате, даже если основной компонент и не будет разрушен в короткие сроки, то по крайней мере изделие, изготовленное из такого материала, потеряет целостность и не будет нарушать ландшафт хотя бы эстетически. Примером такого решения может служить полиэтиленовая пленка. Пленке с традиционным составом для полного разрушения потребуется, как уже упоминалось, до 200 лет. Однако если ввести в состав специальные добавки, то срок полного разложения такого модифицированного полиэтиленового пакета сократится до приблизительно А—5 лет. Если учесть, что полиэтиленовая упаковка составляет приблизительно 8% от всего производимого человечеством мусора, то внедрение подобных технологий способно существенно снизить процесс накопления твердых бытовых и промышленных отходов на планете.

Кроме уже описанных четырех основных принципов, существуют и другие законы экологии, имеющие непосредственное отношение к природопользованию и природообустройству.

Закон внутреннего динамического равновесия: входящие в состав экосистем вещество, информация, энергия, а также скорость протекающих процессов тесно взаимосвязаны (впервые сформулирован В. И. Вернадским). То есть изменение какого-либо компонента экосистемы приводит к изменениям остальных компонентов, компенсирующим в итоге данное изменение. Указанный закон в определенной степени дублирует известный в химии принцип Ле-Шателье, согласно которому в случае воздействия на химическую систему, находящуюся в равновесии, в системе начинается химическая реакция, компенсирующая оказанное воздействие. И тут мы видим некое единство принципов устройства живых и неживых систем. Таким образом, указанный закон в определенной степени объясняет существование явления гомеостаза экосистемы. Это явление объясняет способность экосистем сохранять устойчивость, несмотря на антропогенное воздействие. Тут, однако, следует помнить, что устойчивость экосистем сохраняется лишь до некоего предела, связанного с восстановительными способностями экосистемы. Определение предельного уровня допустимого воздействия на экосистему, и в том числе предельного уровня антропогенной эксплуатации экосистемы, — одна из важнейших задач в природопользовании. На сегодня не существует абсолютно надежной методики, позволявшей предельно точно рассчитать максимально допустимые параметры эксплуатации. Тем не менее, используя такие показатели, как, например, уровень ПДК (предельно допустимая концентрация), предельный уровень изъятия особей из популяции, можно с приемлемой точностью определить отдельные параметры допустимого воздействия на экосистемы, при которых вероятность деградации экосистемы была бы минимальной.

Одним из важнейших для природопользования является закон снижения энергетической эффективности природопользования: с течением истории на получение единицы количества природного ресурса с каждым разом затрачивается все большее количество энергии. Это свидетельствует о том, что наступит такой момент времени, когда очередное изъятие природного ресурса станет экономически нецелесообразным. Например, на добычу барреля нефти будет уходить больше энергии, чем можно получить при сжигании этого барреля. Аналогичная ситуация может сложиться с добычей руд металлов. В настоящее время руды находятся в месторождениях в сравнительно концентрированной форме. По мере истощения месторождений металлические руды становятся все менее и менее концентрированными и на изъятие из них металлов требуется все больше и больше затрат. Таким образом, не за горами тот момент, когда добыча металлов станет экономически нецелесообразной из-за крайне низкой их концентрации.

Приведенные выше и многие другие законы экологии, имеющие непосредственное и косвенное отношение к природопользованию, должны строго учитываться при принятии решений в области природопользования и природообустройства. Только так можно обеспечить неистощительное и рациональное природопользование.