Экология служит теоретической основой для разработки мер по переходу от промысла диких видов растений и животных к их культивированию и к другим формам более рационального их использования. На данных экологии строится основное рациональное ведение рыболовства, рыбоводства и охотничьего хозяйства.
Экология изучает взаимодействие сельскохозяйственных и природных экосистем, сочетания окультуренных и естественных ландшафтов. Одна из важнейших практических задач экологии — изучение эвтрофикации внутренних водоемов, возникающего в результате нарушения их биологического и гидрохимического режима, приводящего к неблагоприятным для человека последствиям: массовому развитию планктонных синезеленых водорослей ("цветению воды"), исчезновению ценных пород рыб, ухудшению качества воды. Разработка мер по охране и рациональному использованию дикой природы, создание сети заповедников, заказников и национальных парков, планирование ландшафта также производятся по рекомендациям, разрабатываемым экологами.
Законы и принципы экологии
Как и любая наука, экология выявляет закономерности протекания изучаемых процессов и формулирует их в виде кратких логических и проверенных практикой положений — законов.
Основные законы экологии:
· Закон незаменимости биосферы: биосфера — это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.
· Закон биогенной миграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества — биогенная миграция.
· Закон физико-химического единства живого вещества: общебиосферный закон — живое вещество физико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних не безразлично для других (например, загрязнители).
· Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.
· Закон единства "организм – среда": жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.
· Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о "круговороте энергии" нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.
· Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.
· Закон (правило) 10 процентов Р. Линдемана: среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% энергии (или вещества в энергетическом выражений), как правило, не ведет к неблагоприятным последствиям для экосистемы и теряющего энергию трофического уровня.
· Закон толерантности (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 оптимума: любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.
· Закон ограничивающего фактора (закон минимума Ю. Либиха): наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; от него зависит в данный момент выживание особей; веществом, присутствующим в минимуме управляется рост.
· Закон (принцип) исключения Гаузе: два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
· "Законы" экологии Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа "знает" лучше; 4) ничто не дается даром.
Способность человека мыслить позволила ему временно преодолеть действие обычных лимитирующих факторов. К ним относятся пища, вода, хищники и паразиты, место обитания и конкуренция с другими видами. Человек поддерживает собственное существование за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов, существенно влияя на планетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Возникший в процессе производственной деятельности новый обмен веществ носит техногенный характер и называется антропогенным обменом веществ. Но биологический обмен веществ между человеком и природой остается постоянным условием жизни.
Антропогенный обмен веществ принципиально отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, носит открытый, линейный характер, то есть лишен "круговорота" жизни. На вводе антропогенного обмена веществ – природные ресурсы, а на выводе – производственные и бытовые отходы. Загрязнение окружающей среды подразделяют на природные, вызванные какими-то естественными, обычно катастрофическими причинами (извержение вулкана, селевой поток и т.п.) и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека.
Экологическое несовершенство состоит и в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов очень низок и составляет, например, в отношении полезных ископаемых лишь 2-10%. Ресурсы быстро истощаются, население Земли растет (в 1960 году население достигло 3 миллиардов человек, в 1975 – 4 миллиарда, в 1987 – 5 миллиардов, в 1999 – 6 миллиардов человек). Вместе с тем, гигантские отходы производства ухудшают среду обитания: они не разлагаются на исходные вещества, вновь поступающие в производство. В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные резервы саморегуляции, но для вскрытия этих резервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере. Всю производственную деятельность необходимо планировать со строгим учетом возможных экологических последствий.
С учетом накопленных предшественниками знаний о фундаментальных законах природы современные ученые–экологи установили общие закономерности и принципы взаимодействия человеческого общества с природной средой, которые в литературе часто именуются законами экологии. Значение этих законов состоит в регламентации характера и направленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня. Среди законов экологии, сформулированных разными авторами, наибольшую известность благодаря ярким формулировкам получили четыре закона-афоризма (закона-поговорки) американского ученого-эколога Б.Коммонера (1974 г.):
все связано со всем (о всеобщей связи вещей и явлений в природе);
все должно куда-то деваться (закон сохранения);
ничто не дается даром (о цене развития);
природа знает лучше (о главном критерии эволюционного отбора).
Из закона всеобщей связи ("все связано со всем")вытекает несколько следствий:
Закон больших чисел – совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создает особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.
Принцип Ле Шателье (Брауна)– при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции.
Закон оптимальности – любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.
Любые системные изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека – от состояния индивидуума до сложных общественных отношений.
Из закона сохранения массы вещества ("все должно куда-то деваться") вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение:
Закон развития системы за счет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.
Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.
Утверждение "ничто не дается даром" означает, что любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологических ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с "многоклеточностью"к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм.