Экология - теоретическая основа рационального природоиспользования:
Методологические основы экологии

автор:

Методологічні основи сучасної екології як теоретичної основи раціонального природокористування можна визначити, виходячи з концепції рівнів організації природи. У загальному розумінні під словом «природа» розуміють Всесвіт. Однак у багатьох випадках, зокрема, при вивченні проблеми приро-доохорони користуються вузьким, утилітарним розумінням природи, що обмежує її живим світом і неживою матерією планети.

Сферу проживання живих організмів називають біосферою — сферою життя. Біосфера являє собою відносно тонку оболонку життя на Землі — вона займає нижню частину атмосфери, що поширюється на висоту 12—15 км, усе водяне середовище планети і її надра до глибини 2—3 км.

Сукупність у тій чи іншій ділянці природного середовища живих і неживих компонентів, що взаємодіють між собою, одержала назву екологічної системи (екосистеми).

Оскільки людина є складовою частиною природи, то, виділяючи її, останню називають навколишнім середовищем, діяльність людей, що викликана змінами природи, називається антропогенним фактором. Головними негативними наслідками впливу антропогенного фактора на природне середовище є забруднення повітря, води і поверхні Землі, а також інтенсивне виснаження її мінеральних ресурсів. Якісні зміни повітря і води призводять до втрат їх біологічної цінності, погіршують «простір проживання» людини.

Екологічні дослідження, будучи науковою базою для розробки стратегії і тактики по раціональному природокористуванню, проводяться на рівні виду (аутекологія), популяції виду (популяційна екологія), біосфери (глобальна екологія).

Біоценотичний підхід до вивчення екології організмів, по суті, забезпечує найбільш глибоке і повне пізнання в цілому живого покриву нашої планети.

За принципом вивчення таксономічних груп виділяють екологію рослин, грибів, комах, риб, птахів, ссавців тощо.

Організми існують у трьох первинних середовищах проживання — повітрі, воді та ґрунті. Це зовнішнє середовище безперервно взаємодіє з організмами, створює для них ті чи інші умови життя і складається з окремих екологічних факторів. Вони мають різні природу і специфіку, у зв’язку з чим їх поділяють на чотири основні групи.

Абіотичні, або неорганічні фактори: вплив на організм кліматичних умов (температура, освітленість, вологість повітря, опади, вітер, сніговий покрив), а також сила тяжіння, склад і властивості атмосфери, радіоактивність, рельєф місцевості тощо.

Гідро-едафічні, або водно-ґрунтові фактори: вода і ґрунт як особливості середовища проживання організмів.

Біотичні, або органічні фактори, — це форми взаємовідносин і взаємодії живих істот. Організми постійно взаємодіють, виявляючи прямий або посередній вплив один на одного.

Антропогенні (антропічні) фактори — це форми діяльності людини, які прямо впливають на життя організмів або посередньо впливають на них за допомогою зміни середовища проживання. До них належать вплив промисловості, транспорту, сільського господарства і всі інші форми ведення господарства.

Перші три категорії факторів є первинними, або природними, вони існували в природі ще до появи людини. Що стосується антропогенних факторів, то вони являють категорію вторинних факторів, що виникли як якісно нове явище в житті нашої планети.

Різні екологічні фактори середовища мають неоднакове значення для сумісного проживання організмів різних видів. Одна частина цих факторів створює для організмів умови, необхідні для існування, а інша — не може бути необхідною.

У різних видів організмів вимоги до середовища неоднакові і навіть можуть різко відрізнятися одні від інших. Одні з них більш вибагливі до тепла, тобто є теплолюбні, або термофіли, інші ж належать до холодолюбів, або криофілів; є також вологолюби — гідрофіли і сухолюби — ксерофіли.

Вибір умов життя визначається спадкоємними якостями виду, які вироблені в процесі його еволюції і становлять одну з найважливіших властивостей виду. Таке вибіркове відношення виду до екологічних умов позначається поняттям «вимоги виду».

Крім того, види різняться між собою неоднаковою шириною вимог до факторів середовища і неоднаковою терпимістю до їх мінливості. Деякі види здатні переносити досить широкий діапазон мінливості тих чи інших умов середовища, інші ж, навпаки, виявляють дуже сувору вибірковість, можуть нормально існувати тільки у певному вузькому його діапазоні.

Як надлишкова, так і недостатня дія фактора негативно впливає на життєдіяльність організму. Сприятлива дія (дозування) фактора називається зоною оптимуму фактора для організму даного виду. Якщо дозування буде зменшуватися або зростати, то виникне зниження життєдіяльності майже до повного пригнічення або загибелі живої істоти. Зона оптимуму звичайно знаходиться в межах середньої сили впливу фактора. Ширина вимог виду до факторів середовища визначає витривалість, пластичність організму щодо даного екологічного фактора і називається екологічною валентністю або екологічною пластичністю.

Розрізняють екологічно пластичні, тобто більш витривалі, або еврібіотичні види, і екологічно непластичні, тобто маловитривалі, або стенобіонтні види (від грецьких слів еуріос — широкий і стенос — вузький). У цілому специфічність вимог організму до факторів середовища і екологічна пластичність виду складають його характерні риси, що утворюють екологічні параметри. Останні є важливими показниками властивостей виду, його спадкових якостей і в цілому становлять його екологічний стандарт.

Екологічний оптимум нерідко змінюється залежно від зросту, статі, сезону та інших обставин. Екологічні фактори звичайно діють на організм комплексно. Оптимальна зона і граничність витривалості організмів щодо того чи іншого фактора можуть помітно зміщатися залежно від того, в якому поєднанні і з якою силою діють одночасно інші фактори.

Дія екологічних факторів нерівноцінна за значимістю для різних видів і в різних умовах їх проживання. Одні можуть бути ведучими факторами, інші — супутними; крім того, перші в різні сезони, в різних кліматичних зонах або для різних вікових груп можуть бути неоднаковими.

Серед екологічних факторів виділяють також лімітуючі, які обмежують можливості існування виду в екстремальних умовах. Лімітуючі фактори можуть бути абіотичними і біотичними (конкуренція за їжу чи сховища, відсутність запилювачів для квіткових рослин тощо). Виявлення і, по можливості, усунення таких факторів важливі для сільськогосподарського виробництва.

Всі організми при взаємодії з середовищем повинні підтримувати відому динамічну рівновагу, або гомеостаз. Живі організми і їх неживе (абіотичне) оточення нероздільно пов’язані і знаходяться у постійній взаємодії. Будь-яка сукупність у біосфері організмів неорганічних компонентів, в якій здійснюється кругообіг речовин, називається екосистемою.

Екосистема — основна функціональна одиниця в екології, оскільки до неї входять і організми, і неживе середовище-компоненти, які взаємно впливають один на одного і необхідні для підтримання життя в тій формі, яка існує на Землі.

Термін «екосистема» вперше був запропонований у 1935 р. англійським екологом А. Тенслі, однак саме уявлення про екосистему виникло значно раніше.

Академік В.Н. Сукачов запропонував називати конкретні, просторово обмежені частини біосфери, віддалені одна від одної кліматичними, ґрунтовими і іншими межами, біогеоценозами. Біогеоценоз — однотипна рослинна сукупність з населяючими її тваринами і мікроорганізмами, відповідною ділянкою земної поверхні з особливими властивостями мікроклімату, геологічної будови, ґрунту і водного режиму. Поняття біогеоценоз у ряді випадків збігається з поняттям екосистема, але друге — більш загальне поняття. Можна говорити про екосистему лісу і пеньків у лісі, екосистему моря і краплини води тощо.

Всі екосистеми, навіть найбільша — біосфера, є відкритими системами: вони повинні одержувати і віддавати енергію, інтенсивність і обсяги якої визначаються в остаточному підсумку біотичним кругообігом речовин.

Живі організми, що населяють біосферу, входять до того чи іншого біогеоценозу не в будь-якому поєднанні, а утворюють сукупність їх видів, пристосованих до сумісного проживання. Групування сумісно проживаючих і взаємопов’язаних видів у біогеоценозах називають біоценозами.

Біоценоз не являє собою випадкового набору організмів, а є для даних географічних умов історично складеним групуванням видів рослин і тварин та мікроорганізмів.

Члени біоценозу, що мають певні схожості у їх вимогах до абіотичних факторів середовища і місця, в яких вони проживають, називають біотопом (місцепроживанням). Положення виду в біоценозі, його зв’язки з іншими видами і вимоги до біотопів визначають екологічну нішу виду.

Біоценози мають свої особливості будови і функції, які відрізняють їх від інших рівнів життя. Це, насамперед, вища форма організації життя в біосфері, що складається з абіотичного і біотичного компонентів. Перший представлений речовинами і умовами неорганічного середовища, другий-автотрофними і гетеротрофними організмами. Автотрофні синтезуючі рослини становлять неодмінну (структурну) основу будь-якого біоценозу і позначаються загальним поняттям — продуценти. Використовуючи сонячну енергію і неорганічні речовини, вони створюють первинну біологічну продукцію у вигляді високомолекулярних органічних речовин з великим запасом потенційної енергії. Отже, продуценти становлять у біоценозі його енергетичну основу.

Гетеротрофні організми як споживачі органічної продукції і запасеної в ній енергії становлять другу структурну одиницю біоценозу, позначену поняттям консументи.

Біотичні взаємовідносини, що виникають між різними видами консументів на основі харчових (трофічних) зв’язків, називаються ланцюгами живлення. Вони складаються з трьох — чотирьох ланок, або трофічних рівнів: продуценти у вигляді синтезуючих рослин утворюють перший трофічний рівень; фітофаги, тобто рослиноїдні, або первинні консументи, утворюють другий трофічний рівень; хижаки і паразити, тобто м’ясоїдні, або вторинні консументи, — третій рівень; можливий і четвертий трофічний рівень, представлений третинними консументами — м’ясоїдними споживачами м’ясоїдних організмів.

Крім таких рослинних ланцюгів живлення, що йдуть від синтезуючої зеленої рослини, існують і детритні ланцюги, які починаються від детриту — мертвих органічних решток (обпалі листки, гілки, пеньки тощо) і водоростей. Споживачі детриту — сапрофаги і некрофаги.

Особливості рослинних і детритних ланцюгів живлення в біоценозі становлять його трофічну структуру; через неї здійснюється перенесення вміщеної у їжі енергії від її джерела — синтезуючої рослини або детриту на наступні трофічні рівні. Емпірично встановлено, що потік енергії при перенесенні з одного трофічного рівня на наступний знижується приблизно у 10 разів за рахунок її деградації.

У процесі еволюції між видами склалися різні зв’язки, однак харчові, або трофічні, займають найважливіше місце.

У біоценозі виникають конкурентні взаємовідносини між його членами -рослинами і тваринами. Особливою складністю відзначаються відносини між хижаками і жертвою. Ця проблема одна з найбільш актуальних в екології тварин.

Особливий трофічний зв’язок у біоценозі — паразитизм, при якому паразит використовує свого господаря не тільки як джерело їжі, а й як місце постійного або тимчасового проживання.

Суттєве значення в біоценозах мають взаємокорисні зв’язки між видами, що одержали назву симбіозу. Між видами, які мають подібні екологічні вимоги, виникає конкуренція як одна з широкопоширених форм біоценотич-них зв’язків. Формування екологічних ніш, а отже, й еволюційний розвиток у більшій мірі визначаються конкуренцією.

Таким чином, екологічні зв’язки створюють певну структуру біоценозу. Вона визначається видовою різноманітністю, віком біоценозу, просторовим розчленуванням і екологічною специфікою складових її організмів. Внаслідок цього, біогеоценоз набуває цілісності, стійкості й відносної незалежності розвитку.

Важливе екологічне правило полягає в тому, що чим різноманітніший і складніший біоценоз, тим вищі його стійкість і здатність протистояти різним зовнішнім впливам.

Агроценози є молодими біоценозами, що формуються. Вони мають видові одноманітність і бідність, які підтримує людина спеціальною системою агротехнічних заходів.

Стійкість біогеоценозів і стабільність функціонування визначаються закономірностями їх структури і, в першу чергу, тим, що, утворюючи біоценози, організми — не простий конгломерат, випадкове скупчення різних видів, а їх популяції.

Популяція — це якісне визначення групування особин виду, що існує у природі, в межах якої у тому чи іншому ступені здійснюється вільне схрещування, відділене від інших популяцій внаслідок територіальної й біологічної ізоляції. Популяція має властивості, завдяки яким вона підтримує свою чисельність в оптимальних розмірах при змінюваних умовах середовища, тобто володіє гомеостазом. Це форма існування виду в конкретних умовах, тобто подальший рівень організації життя біосфери, який знаходиться між рівнем індивідууму і біогеоценозу.

Зміна чисельності популяції визначається двома типами факторів: модифікуючі і регулюючі. До перших належать всі абіотичні фактори, вплив їх на кількість корму, конкурентів, хижаків. Сприятливе поєднання цих факторів приводить до збільшення чисельності, несприятливе — до її зниження. До других факторів належать лише біотичні. Під їх впливом виникає не просто зміна чисельності, а й зниження її рівня. Регулюючі фактори завжди діють у відповідь на збільшення чисельності, тому ефективність їх виявляється із запізненням. У результаті чисельність популяції завжди коливається під впливом модифікуючих факторів, а регулюючі — лише змінюють амплітуду коливань.

В агроценозах регуляторні зв’язки різко послаблені, в результаті чого і виникає різке збільшення чисельності шкідників сільськогосподарських культур і збудників хвороб рослин. Агроценози є результатом впливу на природу антропогенного фактора, що включає розорювання і освоєння цілинних земель, меліоративні заходи, випасання худоби, вирубку лісу і заліснення, застосування агрохімікатів та ін. Антропогенний обмін суттєво впливає на планетарний кругообіг речовин, різко прискорюючи його. На введенні антропогенного обміну — природні ресурси, на виведенні — виробничі і побутові відходи.

Екологічна недосконалість полягає в тому, що коефіцієнт корисного використання природних ресурсів нерідко низький і становить, наприклад, щодо корисних копалин лише 2—10%. Разом з тим, величезні відходи виробництва погіршують природне середовище: вони не розкладаються на початкові речовини, що знову надходять у.виробництво, і не депонуються, як це було в біосфері минулого. Тому важливий шлях зняття напруження на введенні системи антропогенного обміну — комплексне і повне використання природних ресурсів.

Напруженою є кінцева ланка антропогенного обміну — вплив людини на навколишнє середовище в процесі його виробничої діяльності. Так, споживання кисню транспортними засобами в ряді країн перевищує його виробництво наземними фотосинтезуючими рослинами. При цьому в атмосферу викидаються мільйони тонн шкідливих газів, цементного, вугільного пилу, сажі, шкідливих оксидів тощо. Приблизно половина газоподібних сполук сірки в атмосферу планети заноситься промисловістю. Фіксація атмосферного азоту промисловістю мінеральних добрив уже перевищує його природне сполучення азотфіксуючими бактеріями в біосфері. У Світовий океан із стоками річок щорічно зноситься величезна кількість отруйних речовин і декілька мільйонів тонн нафти. Усі ці та інші подібні явища суттєво порушують екологічну рівновагу біосфери і потребують якісно нового підходу до проблеми взаємовідносин природи і суспільства.

Для вирішення екологічних проблем очевидна необхідність розробки довгострокових екологічних прогнозів при створенні промислових і сільськогосподарських комплексів, планування виробничої діяльності з урахуванням екологічних наслідків, екологічний підхід до проведення всіх робіт в агробіоценозах. Іншими словами, нині людині, щоб вижити, необхідно, спираючись на знання екології, навчитися управляти природою і жити, враховуючи її закони.