Проблемы, изучаемые экологией

Имеется несколько кардинальных проблем, в которых фокусируются основные направления и разделы современной экологии. Успехи в их решении в значительной мере определяют прогресс всей экологии, и поэтому на их изучение должны быть направлены усилия в первую очередь.

Экологические механизмы адаптации к среде.

Для выявления этих механизмов методами экологии прежде всего необходимы исследования адаптивной структуры популяций. Перед экологами стоят такие вопросы, как изучение адаптивных черт поведения, географической, локальной и сезонной изменчивости, адаптивной ритмики биологических процессов в популяциях, приспособительного варьирования внутривидовых групп (семьи, стада, колонии, популяции и др.), приспособительных форм пространственного распространения животных и растений и т.д.
Особое значение приобретают вопросы, связанные со способами приспособлений популяций к крайним условиям, например, если изучаются биоценозы суши, адаптации к холоду, сухости, высоким температурам. Результатами таких исследований обусловлены успехи освоения человеком экстремальных ландшафтов — арктических, пустынных, высокогорных и т.д.

Регуляция численности популяций.

Эта проблема лежит в основе разработки комплекса мероприятий, направленных на управление динамикой численности вредителей сельского и лесного хозяйства, переносчиков болезней человека и сельскохозяйственных животных, а также численности промысловых и разводимых видов. На результатах этих исследований базируется планирование масштабов промысла, прогнозирование результатов изъятия особей из популяций в разных условиях. Эти вопросы имеют первостепенное значение для рыбного хозяйства.

Оптимизация вылова рыбы, исключающая нарушения структуры популяций, невозможна без теории рыбного промысла, которая должна опираться на результаты детального изучения закономерностей роста, развития рыб определенных видов, размерно-весового состава популяций, индивидуальной и возрастной плодовитости в зависимости от условий среды обитания, а также влияния промысла на запасы рыб и условий их воспроизводства.

Рис. 2.4. Прогнозы Д. Гарро и Б.Джонса для стада сайки при трех режимах интенсивности промысла и трех размерах ячеи сети (из М.Бигона, Дж.Харпера, К.Таунсенда, 1989)

Грамотный промысел требует грамотных экологов, а теория промысла служит основой для составления долгосрочных прогнозов (рис. 2.4). Как видно из рисунка, при высокой начальной интенсивности промысла улов сайки через 25 лет ниже, чем при минимальных начальных размерах вылова. Кроме того, его динамика мало зависит от размера ячеи сетей.
Один из главных для современного сельского хозяйства вопросов заключается в разработке системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредителями путем всемерного развития и совершенствования биологических методов. Синтетическая теория динамики численности популяций может служить основой для многих мероприятий в направлении осуществления интегрированной борьбы с вредителями.

Управление продукционными процессами.

Решение этой проблемы лежит в основе мероприятий, направленных на рационализацию использования биологических ресурсов. Сюда входят вопросы количественной характеристики энергетического потока на разных трофических уровнях: во-первых, фотосинтез и формирование первичной продукции, во-вторых, утилизация гетеротро-фами энергии, полученной от первого трофического уровня, и, наконец, образование вторичной продукции. Кроме того, эта проблема включает следующие моменты: интенсивность прироста и траты на метаболизм; продукционная эффективность различных звеньев пищевых цепей; факторы, влияющие на направление продукционного процесса, роль структуры сообщества в продукционно-энергетических отношениях и др.
В комплекс экологических исследований по этой проблеме должны также входить такие вопросы, как поддержание плодородия почвы, эффективность различных типов удобрений, рациональное размещение посевов и оптимизация режима возделывания почвы, предусматривающие не только получение высокого урожая, но и длительное сохранение плодородия и стабильности почвенных процессов, а также предохранение земель от истощения, эрозии. Сходный в принципе круг вопросов встает и в связи с необходимостью сохранения продуктивности моря и внутренних вод.

Устойчивость природных и антропогенных ценозов.

 

Эта проблема связана с теорией сукцессии, с вопросами видового разнообразия и специфики ценотических отношений. В перспективе — сознательное размещение человеком устойчивых и неустойчивых экосистем в оптимальном сочетании, использование регулятор-ных механизмов в агроценозах. Такие исследования позволят в будущем создавать принципиально новые структурные единицы биосферы — природно-хозяйственные экосистемы, в которых должны преобладать черты устойчивости, стабильности, максимальной эффективности продукционного процесса.

Экологическая индикация.

Сюда входит чрезвычайно широкий круг вопросов как теоретических, так и тесно связанных с нуждами различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, морского промысла, а также с необходимостью сохранения среды обитания человека.
Задачи экологической индикации — определение свойств тех или иных компонентов ландшафта и установление направления их изменений по видовому составу обитающих в данных условиях организмов. Экологическая индикация широко используется для диагностики типов почв и установления направления изменений почвообразовательного процесса, для определения качества воды и воздуха, поиска полезных ископаемых, особенно рассеянных, не обнаруживаемых с помощью обычных геологических и геофизических методов.
К достоинствам методов биоиндикации и биотестирования можно отнести их чувствительность, оперативность, универсальность (применимость в различных регионах), информативность и доступность, т.е. относительную дешевизну в использовании. Так, метод лихеноиндика-ции основан на закономерном исчезновении эпифитных лишайников при возрастании содержания загрязняющих веществ в воздухе. Например, лишайник Lobaria pulmonaria чувствителен даже к крайне низкому содержанию в воздухе загрязняющих веществ. Метод лихеноиндикации не требует дорогостоящего оборудования; для его применения нужен только подготовленный исследователь, способный распознать в природе разные виды лишайников.
Кроме охарактеризованных выше общеэкологических проблем имеются конкретные практические вопросы, которые должны решаться с участием экологов:
1. Оздоровление ландшафта, т. е. разработка мер по ликвидации угрозы заболевания человека в результате распространения различных заболеваний в природном ландшафте. В компетенцию экологии входит изучение природных очагов заболеваний; изучение экологии видов-возбудителей, переносчиков, резерваторов; выявление наиболее уязвимых мест в структуре природного очага с целью воздействия на него и др.
2. Восстановление нарушенных экосистем, т.е. комплекс вопросов, связанных с нежелательными последствиями деятельности человека и объединяемых общей задачей — вернуть нарушенные части ландшафта в сферу культурно-хозяйственного использования. Примером могут служить следующие проблемы: рекультивация нарушенных и выведенных из хозяйственного пользования земельных угодий— торфоразработок, терриконов, отвалов при поверхностной добыче полезных ископаемых; восстановление пастбищ, выведенных из сферы нормальной эксплуатации перевыпасом; восстановление эродированного почвенного покрова и др.

3. Утилизация органических отходов городов, т.е. разработка методов гумификации и минерализации органических отбросов, создание замкнутых технологических циклов с использованием разнообразных групп организмов, участвующих в процессах утилизации органического вещества и дающих определенный выход биологической продукции, которая используется в последующих звеньях единого производства. В основе решения данной проблемы лежит теория трофо-энергетического функционирования экосистем и круговорота веществ.
4. Переход от промысла к хозяйству, т. е. разработка принципов и стратегии перехода от «собирательства» к высокопродуктивному земледелию, от «охоты» к культурному хозяйствованию, каковыми, например, являются полувольное и вольное разведение промысловых беспозвоночных животных, создание мощных рыбораз-водных комплексов и многое другое.
5. Сохранение эталонных участков биосферы, т.е. разработка системы заповедного дела, направленная на длительное сохранение наиболее типичных ландшафтов, озер и других экосистем, отдельных видов животных и растений. Основная функция заповедников состоит в том, чтобы гарантировать здоровое состояние среды и тем самым поддерживать экологическую устойчивость. Кроме того, заповедники следует рассматривать как экологические лаборатории, в которых могут быть выяснены многие аут-экологические и синэкологические вопросы. Необходимо создать систему заповедных участков с разной степенью вмешательства человека в экосистему — от абсолютно заповедных до поддерживаемых человеком при заданном режиме.
Список ближайших задач был бы неполным без упоминания необходимости разработки мер по устойчивому использованию природных ресурсов. «Устойчивое» использование территории означает ведение хозяйства без ущерба для биоразнообразия. Оно особенно актуально по отношению к лесному и сельскому хозяйству. Устойчивое «управление» лесами направлено на поддержание лесных массивов в таком состоянии, при котором изъятие древесины не приводит к нарушению устойчивости лесных экосистем и сокращению биологического разнообразия. При этом особое внимание уделяется сохранению крупных сплошных массивов леса, ключевых биотопов и поддержанию климаторегули-рующих и иных полезных функций леса. Задача эколога состоит в разработке и оценке критериев и индикаторов для ведения экологически устойчивого лесного и сельского хозяйства.