Тема 5. Основные законы экологии

Закон конкурентного исключения Гаузе. Понятие экологической ниши. Постулаты законов экологии Коммонера. Законы взаимодействия биосферы и общества (законы взаимодействия человека и биосферы Дансеро). Условия существования и основные лимитирующие факторы (антропогенный стресс, техногенные вещества). Законы минимума Либиха и лимитирующих факторов Шелфорда.

Закон толерантности (лимитирующих факторов) В. Шелфорда

Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Закон минимума Ю. Либиха

При одновременном воздействии на организм нескольких факторов выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т. е. жизненные возможности лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму; дальнейшее их снижение ведет к гибели организма или деструкции экосистемы.

Закон пирамиды энергий, или закон (правило) 10 % Р. Линдемана

С одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице»: продуцент – консумент – редуцент) в среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемый верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими ее уровнями, например от животных к растениям, намного слабее – не более 0,5 % от общего ее потока, и потому говорить о круговороте энергии в биоценозе некорректно.

Важным следствием из этого закона является: если энергия при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных, примерно в такой же пропорции увеличивается. Этот факт фиксирован в правиле биологического усиления. Н. Ф. Реймерс (1994) отмечал, что оно справедливо для всех экосистем. В водных экосистемах накопление многих токсичных веществ, в том числе хлорорганических пестицидов, коррелирует с массой жиров (липидов), т. е. явно имеет энергетическую подоснову.

Закон конкурентного исключения Гаузе

Два вида не могут существовать на одной территории в одно и то же время, если их потребности полностью совпадают. Такие виды должны быть разделены в пространстве либо во времени. В качестве примеров такого разделения можно привести: пространственное разделение – лев, обитающий в Африке, и тигр, обитающий в Азии; временное разделение – ястреб, охотящийся днем, и филин, охотящийся ночью. Из этого закона было сформулировано определение экологической ниши как специализации живых организмов со схожими потребностями по образу жизни, пищевым предпочтениям и месту обитания для снижения конкурентных взаимоотношений.

Законы взаимодействия человека и биосферы

Человек активно оказывает воздействие на окружающую среду. Некоторые наблюдения за таким воздействием и его последствиями были сформулированы в виде законов, правил либо постулатов. Вот наиболее известные из них.

После смерти Вернадского в 1957 г. П. Дансеро сформулировал три экологических закона, описывающих особенности взаимодействия человека и биосферы.

Закон необратимости взаимодействия в системе «человек – биосфера»

Часть возобновимых природных ресурсов (животных, растительных и др.) могут стать невозобновимыми, если деятельность человека сделает невозможным их жизнедеятельность и воспроизводство. В целом за последние 400 лет с лица Земли исчезло свыше 160 видов млекопитающих и птиц.

Закон обратимости биосферы

Биосфера после прекращения воздействия на ее компоненты антропогенных факторов стремиться восстановить свое состояние, т. е. сохранить свое экологическое равновесие и устойчивость. Например, заброшенные сельскохозяйственные участки постепенно возвращаются в свое первоначальное дикое состояние – зарастают лесом.

Закон обратной связи взаимодействия в системе «человек – биосфера» (закон бумеранга)

Любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, бумерангом возвращается к человеку и имеет нежелательные последствия, влияющие на экономику, социальную жизнь и здоровье людей. Примером здесь могут стать экологические проблемы Байкала, Чернобыля и множества других регионов. Например, в результате ошибок при строительстве ЧАЭС и неправильных действий персонала при проведении испытаний на Чернобыльской атомной станции в 1986 г. произошла авария, в результате которой сегодня оказалось загрязнено радионуклидами более 23 % территории нашей страны. Были оказаны громадные воздействия на здоровье людей, их социальную жизнь (переселения и адаптация к новым условиям), экономику страны.

Постулаты законов экологии Коммонера (1974 г.)

• Все связано со всем

Первый «закон» экологии Коммонера обращает внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе и близок по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия: изменение одного из показателей системы вызывает функционально-структурные количественные и качественные перемены, при этом сама система сохраняет общую сумму вещественно-энергетических качеств.

• Все должно куда-то деваться

Второй «закон» экологии Коммонера также близок к первому, а также к закону развития природной системы за счет окружающей ее среды, особенно первому его следствию. Образующиеся отходы деятельности человека никуда не деваются и, накапливаясь, оказывают серьезное негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека.

• Природа «знает» лучше

Третий «закон» экологии Коммонера говорит о том, что, пока нет абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Он призывает к предельной осторожности. Иллюстрацией данного «закона» может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела. (Потенциально осуществимое разнообразие природы оценивается числами с порядком от 10¹⁰⁰⁰ до 10⁵⁰ при пока не осуществленном быстродействии ЭВМ – 10'° операций в сек. – и работе невероятного числа (10⁵⁰) машин операция вычисления одномоментной задачи варианта из 10⁵⁰ разностей займет 10³⁰ с, или 3∙10²¹ лет, что почти в 10¹² раз дольше существования жизни на Земле.) Природа пока «знает» лучше нас.

• Ничто не дается даром

Четвертый «закон» экологии Коммонера вновь касается тех проблем, которые обобщает закон внутреннего динамического равновесия и закон развития природной системы за счет окружающей ее среды. Коммонер так разъясняет свой четвертый «закон» экологии: «...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать: он может быть только отсрочен» (Коммонер Б., Замыкающийся круг. Л., 1974., С. 32 (всего 280 с., Гидрометеоиздат).

Контрольные вопросы

1. Назовите экологические законы, описывающие влияние экологических факторов на организм и раскройте их содержание.

2. Опишите законы, действующие в экосистемах.

3. Опишите законы взаимодействия человека и биосферы.

4. Правила экологии по Б. Коммонеру.