Реферат: Экология популяций и природопользование
Конкуренция лежит и в основе внутрипопуляционного гомеостаза. Она здесь может проявляться в жестких и смягченных формах. Жесткие формы обычно заканчиваются гибелью части особей. В растительном мире это проявляется в явлениях так называемого самоизреживания фитоценозов. Например, на стации всходов и молодых растений в лесных сообществах на одном гектаре насчитывается до нескольких сотен тысяч древесных растений. К возрасту спелости (100 – 120 лет для хвойных видов и 50 – 70 лет для лиственных) число экземпляров обычно не превышает 1000 на 1 га, но чаще исчисляется несколькими сотнями. Остальные погибают в результате острой конкурентной борьбы (рис. 11). В результате этого процесса, с одной стороны, освобождается пространство для остающихся более сильных особей, а с другой – ослабленные и погибающие особи выполняют положительную роль для сохранения популяции через включение в процессы круговорота, обогащение почвы минеральными веществами и гумусом. Часть ослабленных особей еще при жизни становится донорами для питания более сильных экземпляров. Это возможно в результате имеющего место срастания корней. Частным подтверждением таких явлений служат не единичные случаи нарастания годичных колец на пнях деревьев ("растущие пни").
В животном мире результат острой внутривидовой борьбы проявляется часто в форме каннибализма (поедания себе подобных). Такие явления наиболее часты среди хищников. Например, взрослые окуни при высокой численности популяции, особенно в небольших водоемах, начинают питаться мальками своего вида. Явления каннибализма характерны также для некоторых грызунов, личинок насекомых, особенно в случаях существования в ограниченном пространстве. Поедание потомства домашними животными, по-видимому, один из случаев атавизма данного явления, которое раньше имело место в природных популяциях.
Смягченные формы внутривидовой конкуренции проявляются обычно через ослабление части особей, выключения их из процессов размножения. Случаи гибели особей при таких формах борьбы менее вероятны. К таким механизмам внутрипопуляционного гомеостаза относятся угнетающие (ингибирующие) выделения во внешнюю среду более сильными особями, стрессовые явления, разграничение территорий (территориальность), миграции между популяциями.
Выделения во внешнюю среду характерны как для растительных, так и для животных организмов. Показано, в частности, что молодое поколение леса не появляется под материнским пологом, либо находится в сильно угнетенном состоянии не только и результате дефицита светового и других факторов (минеральное питание, влагообеспеченность и т.п.). Опытным путем было установлено, что в этих процессах существенную роль играют ингибирующие выделения корней, а в ряде случаев атмосферные осадки, обогащенные химическими элементами и соединениями, вымывающимися из надземных органов взрослых растений. Препятствием для молодого поколения также может являться мощный слой слаборазложившемся мертвого органического вещества (лесной подстилки), препятствующий прорастанию семян и укор«нению всходов. В спелых лесах сила влияния этих факторов обычно уменьшается, и молодое поколение постепенно сменяет теряющих конкурентную способность особей.
На примере лабораторных животных (крысах, мышах) показано, что воздух, подаваемый из помещений, где имеет место перенаселенность, в помещения, где животные свободно размещаются и нормально развиваются, приводит к замедлению роста и угнетению последних. Аналогичные результаты наблюдались в опытах с головастиками лягушек, когда в аквариумы, где они хорошо развивались, добавляли воду из аквариумов, в которых плотность организмов была чрезвычайно высокой.
Явления территориальности наиболее четко выражены в животном мире. Сюда относятся различные способы охраны занимаемых территорий. Например, пение птиц – это прежде всего сигнал о занятости территории в период размножения и последующего выкармливания потомства. У кошачьих и собачьих территориальиость проявляется через мечение границ участков выделением желез, мочой или механическими отметинами на деревьях, почве и т.п.
При высокой скученности особей в популяциях регулирующим механизмом численности могут являться стрессовые явления. Они наиболее характерны для млекопитающих. При стрессах обычно часть особей снижает или теряет репродукционные функции (выключается из процессов размножения). Более сильные особи в меньшей степени подвержены стрессу и его следствиям. При ослаблении или прекращении стрессовых явлений организмы обычно восстанавливают функции жизнедеятельности и репродукционного процесса.
Миграции, как фактор гомеостаза, проявляются чаще всего в двух видах. Первый из них относится к массовому исходу особей из популяции при явлениях перенаселенности (нашествия). Такие явления особенно характерны для леммингов, белок и некоторых других видов с взрывным типом динамики численности. Особи, оставившие популяцию, (как правило, молодняк) обычно не возвращаются на прежнее место. Значительное количество их погибает при подобных перемещениях.
Второй вид миграций связан с более постепенным (спокойным) уходом части особей в другие популяции с меньшей плотностью населения.
Вообще и при численности, близкой к оптимальной, популяции обмениваются особями. Это важно как для исключения или уменьшения вероятности близкородственного скрещивания, так и для обмена информацией, которая имеет свою специфику в разных популяциях.
Неоднозначны реакции популяций на иммигрантов. В периоды высокой численности они препятствуют вселению особей из других популяций. При низкой численности имеет место явление противоположного порядка: резко уменьшается количество особей, оставляющих популяции, снимаются механизмы, препятствующие вселению особей из других популяций (иммигрантов).
Среди насекомых выселительная способность связана часто с появлением специфических особей, выделяемых обычно в отдельную фазу, характеризующихся большей подвижностью, стремлением к перемещениям. У тлей, например, появляется фаза с хорошо развитыми крыльями, у пустынной саранчи, кроме лучшего развития летательного аппарата, подвижность увеличивается за счет более темной окраски и в связи с этим лучшей прогреваемости тела, что для холоднокровных организмов является важнейшим фактором усиления активности.
Ясно, что гомеостаз в полной мере проявляется, если срабатывают все механизмы, лежащие в его основе. Например, не нарушается резко соотношение численностей хищников и жертв, не имеет места действие факторов, ослабляющих популяции (загрязнение, нарушение местообитаний и др.), не превышаются критические пределы численности и т.п.
В настоящее время подобные нарушения гомеостатических механизмов вызываются в большинстве случаев антропогенными факторами. В связи с этим одной из важнейших задач человека является исключение или резкое снижение действия подобных факторов. Решение вопросов такого плана относится, прежде всего, к области прикладной экологии
Природопользование
Общие представления об управлении в природопользовании
Управление определяется как процесс целенаправленного воздействия одной системы или подсистемы на другую. В целом система управления складывается из объекта управления и управляющего устройства.
Взаимодействие человеческого общества и природы является совокупностью процессов управления, причем приоритетная роль принадлежит именно человеку. Целенаправленное преобразование природной среды уходит в глубокую древность. Достаточно вспомнить подсечное земледелие, создание систем ирригации. Такие воздействия с позиций кибернетики могут рассматриваться в качестве положительных обратных связей, и пригодные экологические системы были не в состоянии «справиться» с такими «усиливающими отклонениями» (по выражению Ю. Одума), не располагая достаточным запасом информации для компенсаций этих отклонений за счет отрицательной обратной связи. Поэтому справедливо утверждение Ю. Одума о том, что человек как геологический фактор находится ныне под сильным воздействием положительных обратных связей.
Для того чтобы избежать необратимых негативных последствий природопользования, общество стало создавать систему мероприятий, именуемых ныне охраной природы или охраной окружающей среды, которая также представляет собой совокупность мероприятий по управлению, но в более широком смысле: речь идет об управлении природопользованием.
Если ориентироваться на рационализацию природопользования для предотвращения загрязнения окружающей среды, то очевидно, что в каждой отрасли производства и хозяйства существуют свои принципы и методы рационализации. Общим для них считается система мероприятий по гармонизации отношений природы и техники.
Гармонизация отношений природы и техники
Любое предприятие предназначено для выпуска той или иной необходимой продукции. Этой задаче и подчинена его деятельность. Однако завод или ферма существуют в окружении конкретной среды – экологических систем, которые неизбежно подвергаются воздействию со стороны производства. Пренебрежение состоянием окружающей среды в интересах экономии средств неизбежно ведет к отрицательным последствиям и для самого предприятия. Так, в результате загрязнения воздуха и воды может страдать население, разрушение рекреационных экосистем приводит к неблагоприятным социальным последствиям, погоня за дешевым сырьем может вызвать его дефицит. Следствием окажется большой ущерб предприятию, который мог бы быть значительно меньше, если бы своевременно принимался комплекс природоохранных мер.
Решать подобные проблемы предлагается на основе гармонизации отношений природных и технических компонентов путем создания и эксплуатации так называемых природно-технических или геотехнических систем, которые в свете экологического подхода правильнее рассматривать в качестве эколого-экономических. Такая система – это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которая в ходе совместного функционирования обеспечивает, с одной стороны, высокие производственные и прочие целевые показатели, а с другой – поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное в каждом конкретном случае сохранение и воспроизводство естественных ресурсов. К подобным системам подходят с кибернетических позиций, управляя ими путем регулирования потоков вещества и энергии, поддержания сбалансированности прямых и обратных связей между составляющими компонентами. Производство воздействует на природные системы (положительная обратная связь). Эти воздействия (знак «плюс»), т.е. фактически управление, могут проявляться в извлечении природных ресурсов, размещении производственных отходов (загрязнении) и т. п. В свою очередь, окружающая среда также может влиять на предприятие (рис. 4). Подобные воздействия так или иначе могут привести к разрушению управляемой подсистемы, а следовательно, и всей зколого-экономической системы. Чтобы этого не происходило, необходимы компенсационные ответы со стороны управляемой подсистемы по отношению к управляющей через каналы отрицательной обратной связи (знак «минус»). Природные системы не располагают достаточным запасом информации для того, чтобы компенсировать влияние на них производства. Поэтому соответствующие функции управления должен брать на себя человек.
Рис.4. Эколого-экономическая система
Это означает, что в эколого-экономической системе должен присутствовать особый блок управления. Он воспринимает информацию от природных систем (окружающей среды) о происходящих в них изменениях, оценивает возможные негативные последствия и передает соответствующую команду управляющей системе (в данном случае – производственному предприятию). В качестве блока управления могут выступать органы власти или специально уполномоченные ими службы (например, службы охраны окружающей среды). Они получают информацию о состоянии природных систем на основании контроля и мониторинга и предписывают предприятию, например, сокращение выбросов или сбросов, включают экономические рычаги управления, в частности корректируют плату за загрязнение и т. п. Что касается конкретных мер и способов выполнения таких предписаний, то их выбирает само предприятие, решая соответствующую эколого-экономическую задачу. Это могут быть новые очистные сооружения, изменения технологий, замена сырья и топлива, а в ряде случаев и приостановка наиболее устаревших вредных производств.
Все эти операции являются частью экологизации производства и оптимизации природопользования.
Вполне понятно, что мониторинг, обработка полученной информации, выполнение предприятием команды от блока управления – затратные, энерго- и ресурсоемкие мероприятия. Отсюда и название подобных систем – эколого-экономические.
Из изложенного следует, что эколого-экономические системы должны обеспечивать два принципиальных подхода в управлении окружающей средой.
Первый заключается в предотвращении разрушения природных систем путем рационализации природопользования, т. е. по сути своей ориентирован на охрану природы.
Второй подход является более узким по содержанию, но в то же время общим для разных отраслей и предприятий. В данном случае имеется в виду защита окружающей среды от ингредиентного и параметрического загрязнения. Это означает обеспечение высокого качества среды, когда антропогенные факторы не выходят за пределы толерантности (толерантность – устойчивость живого организма к любому экологическому фактору) человеческого организма. Управление качеством окружающей среды в той части, в которой оно прямо или косвенно связано с природозащитной деятельностью предприятий, включает следующую систему мероприятий:
1. Регламентация (т. е. установление нормативов) содержания вредных веществ в окружающей среде (в почве, воде, воздухе, растительном субстрате, продуктах питания и предметах бытового назначения).