Теория биотической регуляции и оценка значения природных экосистем

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

С.Н. Глазачев, В.И. Косоножкин

Теория биотической регуляции и оценка значения природных экосистем

Раскрываются ключевые положения теории биотической регуляции и оценки значения природных экосистем, актуализирующей, прежде всего, необходимость ограничения антропогенного воздействия на них.

Ключевые слова: экосистема, биотическая регуляция, «стратегия устойчивой жизни», предельная емкость экосистем.

Мировой финансовый и экономический кризис начала ХХ1 в. несколько «отодвинул» на второй план глобальные экологические проблемы. Практически для всех стран насущные финансово-экономические проблемы выживания в конкурентном социальном мире стали важнее проблем «выживания в окружающей среде». Тем не менее, экологические проблемы, проблемы гармонизации взаимодействия природы и общества, устойчивого развития цивилизации и просто элементарного сохранения пригодной для жизни окружающей среды никуда не исчезли. Напротив, все более очевидной становится глубинная связь между глобальными экологическими и экономическими проблемами.

Современный кризис показал, что по-прежнему «слабым звеном» в глобальной социоприродной системе остается социальная подсистема, а возвращение к стабильному состоянию во многом возможно благодаря устойчивости природной подсистемы. Только невероятный запас прочности и надежности, сформированный в ходе сотен миллионов лет эволюции природных экосистем, позволяет сохранять жизнь на Земле, несмотря на самые безумные социальные эксперименты.

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

Не вызывает сомнения, что глобальная природная экосистема Земли за все время существования жизни (около 4 млрд. лет) не только не выходила за пределы устойчивости по эндогенным причинам, но и могла компенсировать негативные внешние воздействия, сохраняя непрерывность жизни. С появлением и развитием цивилизации возникла и постоянно нарастает угроза самоуничтожения глобальной «социоприродной системы» и даже самой породившей эту систему биосферы. Осознание этого противоречия стимулирует поиск принципиально новых путей развития, позволяющих избежать глобальной экологической катастрофы - поиск путей устойчивого развития (sustainable development) человечества.

Для современного этапа развития науки характерно разнообразие и полярность представлений о методологии подходов к решению экологических проблем - от «алармизма» и «армагедонизма» до «изобилизма» и «технократического оптимизма». Тем не менее, можно утверждать, что в основе самых различных теоретических подходов к решению глобальных экологических проблем лежат два взаимоисключающих представления о глобальной устойчивости биосферы: 1) окружающая среда оказывается пригодной для жизни в силу случайных характеристик Земли как планеты; 2) сами естественные (природные) экосистемы осуществляют поддержание пригодных для жизни условий окружающей среды, и с их исчезновением (уничтожением) эти условия станут неприемлемыми по меньшей мере для всех многоклеточных организмов.

В России признание особой роли природных экосистем в поддержании глобального равновесия в биосфере обычно связывают с так называемой «теорией биотической регуляции» В.Г. Горшкова, в которой естественная биота (естественные экологические системы) рассматривается как необходимое условие поддержания пригодной для жизни человека окружающей среды: «... биота не может изменять такие характеристики природы, как поток солнечной радиации за пределами атмосферы, скорость вращения Земли, величину приливов и отливов, рельеф местности и вулканическую деятельность. Однако неблагоприятные изменения и случайные флуктуации этих характеристик биота может компенсировать путем направленного изменения управляемых ею концентраций биогенов окружающей среды, аналогично действию принципа Ле Шателье в физических и химических устойчивых состояниях» [2, с. 10].

Основные положения теории биотической регуляции вызывают оживленную дискуссию в научном сообществе, однако абсолютное большинство авторов признает необходимость ограничения антропогенного воздействия на естественные (природные) экосистемы как на локальном и региональном, так и на глобальном уровне. Например, в коллективной

работе «Сохранение Земли. Стратегия устойчивой жизни» (1991), подго- ш

товленной тремя авторитетными международными организациями: Все- S

мирным союзом охраны природы (The World Conservation Union), Всемир- |

ным фондом дикой природы (World Wide Found for Nature) и Программой §

по окружающей среде ООН (UNEP), устойчивое развитие трактуется как о

«улучшение качества жизни людей, живущих в пределах несущей емкости |

поддерживающих экосистем» [9]. Устойчивость природных систем, или, ¡J

применительно к экологии, устойчивость (несущая емкость, поддерживающая емкость, предельная емкость) природных экосистем различного иерархического уровня - ключевой вопрос настоящего времени.

Не случайно в одобренной Правительством Российской Федерации «Экологической доктрине» (2002 г.), подчеркивается, что стратегической целью государственной политики в области экологии является сохранение природных систем, поддержание их целостности и жизнеобеспечивающих функций для устойчивого развития общества, и что для этого необходимо сохранение и восстановление природных систем, их биологического разнообразия и способности к саморегуляции как условия существования человеческого общества [8].

Необходимо отметить, что существуют принципиальные различия между природными (естественными) и природно-антропогенными (управляемыми человеком, но сохранившими природные свойства) экосистемами. В соответствии с теорией биотической регуляции, природная (естественная) экологическая система - это выполняющая функцию поддержания жизни система определенного иерархического уровня, которая обладает способностью к саморегуляции, а также способна реагировать на изменение окружающей среды в соответствии с обобщенным принципом Ле-Шателье.

Управляемые человеком природно-антропогенные экосистемы (сельхоз-угодия, парки, пруды и т.п.) не обладают перечисленными выше свойствами в полном объеме - функции управления этими системами (в большей или меньшей степени) осуществляет человек, затрачивая определенные ресурсы. Можно выделить следующие необходимые и достаточные условия для выхода саморегулирующейся системы за пределы устойчивости:

1) наличие постоянного роста или быстрых изменений любого материального процесса, присущего системе;

2) наличие физических и иных ограничений изменений параметров системы;

3) неэффективность управления [6].

Справедливо утверждение, что чем меньше выражены

технологии

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

человек вынужден затрачивать на поддержание такой системы. Отсюда следует, что интенсификация использования природно-антропогенных систем требует все больших затрат ресурсов. Яркий тому пример -интенсификация современного сельскохозяйственного производства, при котором выполнение большинства некогда природных функций человек вынужден «брать на себя».

Любая природная экологическая система обладает специальными функциональными механизмами, позволяющими компенсировать, сглаживать внешние воздействия и сохранять относительное постоянство состава и свойств во времени. Постоянство любой экосистемы всегда относительно. Устойчивость природных экосистем обеспечивается особенностями их структурно-функциональной организации, возникшими в ходе эволюции: формированием и тесным взаимодействием специфического сообщества живых организмов (биотического сообщества, биоценоза) и внутренней абиотической среды.

Безусловно, определяющую роль в процессах стабилизации и регуляции природной экосистемы и окружающей среды играет биотическое сообщество (биоценоз). В ходе эволюции различные виды организмов приобрели способность адаптации к изменению параметров окружающей среды, целенаправленного изменения и регулирования окружающей абиотической среды (образование почвы, изменение рН), авторегуляции плотности численности популяции, образования надорганизменных биологических систем (симбиотических мутуалистических систем, консор-ций, сообществ и биоценозов), выполнения специализированной работы по поддержанию системы, а также многие другие особенности, что позволяет природным экосистемам иметь определенный запас прочности.

Авторегуляция процессов, основанная на существовании в системе отрицательной обратной связи, характерна не только для биотического сообщества или биокосных систем. Хорошо известны многочисленные примеры авторегуляции химических, физических и физико-химических природных систем, осуществляющиеся без участия живых организмов. Таковы буферные химические системы поддержания постоянства рН среды, концентрации СО2 (углекисло-карбонатная система океана), буферные физические системы сглаживания температурных колебаний (система «океан-суша») и многие другие.

Выход за пределы устойчивости (хозяйственной емкости) природных экосистем как на локальном и региональном, так и на глобальном уровне вовсе не ведет к немедленным катастрофическим последствиям для человека, подобным разрушению здания во время землетрясения. Во-первых, для полной деградации природных экосистем при постоянном антропогенном воз-

действии, превышающем порог их устойчивости, требуется время, причем ш тем большее, чем выше иерархический уровень системы. Во-вторых, часто ески

деградация выражается в упрощении системы (снижении видового разнооб- |

ог

разия, продуктивности и т.п.) и переходе ее на иной уровень устойчивости. кол

Значительно раньше начинают проявляться негативные экономические о последствия такого воздействия на природные экосистемы и их состав- аль

ляющие: чем больше природные экосистемы утрачивают присущие им и функции поддержания пригодных для жизни параметров окружающей среды, тем в большей степени человек вынужден «брать на себя» выполнение этих функций. Хорошо известны постоянно растущие затраты на поддержание плодородия почв, борьбу с водной и ветровой эрозией, коренную мелиорацию эродированных, засоленных, переуплотненных, кислых и загрязненных почв, а также овражно-балочных земель, затраты на лесоразведение, лесовосстановление, защиту лесов от пожаров, вредителей и болезней, затраты на спасение малых, средних, а теперь уже и больших рек и озер, мари- и аквакультуру и т.д. и т.п. Все это следствия потери «бесплатных» услуг природных экологических систем. На очереди глобальные затраты на борьбу с парниковыми газами, на получение пресной воды, а, может быть, и пригодного для дыхания воздуха.

К сожалению, в ответ на очевидные сигналы о неблагополучии самых различных природных систем человек практически всегда реагировал довольно однообразно - осваивал (разрушал) новые ненарушенные территории и/или наращивал «технологические мускулы», требующие еще больших затрат природных ресурсов. В частности, это означает, что постепенно человек скатывался в порочный круг контура с положительной обратной связью: увеличение антропогенной нагрузки на природную среду - рост деградации природных систем - утрата значимых для человека функций природных систем - необходимость компенсировать негативные последствия - увеличение применения технологических решений - увеличение использования энергетических и других природных ресурсов для их реализации - увеличение антропогенной нагрузки на природную среду (рис. 1).

Но дело не только в этом. С позиций теории биотической регуляции утрата природных экологических систем означает уничтожение естественного механизма поддержания устойчивости биосферы. Иерархическая организация биосферы и/или глобальной экосистемы позволяет рассматривать природные экосистемы и их составляющие в качестве необходимых элементов, выполняющих определенные функции, связанные с поддержанием пригодных для жизни условий на Земле.

К сожалению, в реальной практике природоохранной и иной хозяйственной деятельности ценность биосферных функций природных

технологии

Актуальные вопросы антропоэкологических исследований

экосистем часто попросту игнорируется, а существующие варианты экономической оценки «экосистемных услуг» [цит. по: 7, с. 26] (таблица 1) в денежном выражении явно многократно занижены.

Рис. 1.

Примечание. А - изменение.

Таблица 1

Годовая экономическая ценность

некоторых «экосистемных услуг» Земли

Экосистемы, биомы Площадь, млн га Удельная ценность «экосистемных услуг» в год, дол. США на 1 га Общая ценность «экосистемных услуг» в год, млрд дол. США

Морские

Океан 33220 252 8381

Устья крупных рек 180 22832 4110

«Морские плантации» 200 19004 3801

Коралловые рифы 62 6075 375

Шельф 2660 1610 4283

ИТОГО: 36302 - 20949

Наземные

Тропические леса 1900 2007 3813

Бореальные леса и леса

умеренного пояса 2955 302 894

Луга и степи 3898 232 906

Болота и др. ветланды 330 14785 4879

Озера и реки 200 8498 1700

ИТОГО, включая биомы,

не получившие оценку: 15323 - 12319

Биосферные функции природных экосистем, обеспечивающие само сохранение жизни на Земле, - это мировой ресурс, который не может быть оценен в стоимостных показателях или, точнее, такая оценка должна быть увеличена многократно, чтобы сделать любую хозяйственную деятельность, направленную на уничтожение оставшихся природных экосистем, заведомо убыточной. В противном случае велика опасность того, что достигнутым изобилием трансгенных биоресурсов просто некому будет пользоваться.

127

Библиографический список ш

1. Горшков С.П. Учение о биосфере. Введение: Учеб. пособие. М., 2007. ^

2. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. |

М., 1995. !

3. Данилов-Данильян В.И, Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое раз- о

витие. М., 2000. |

4. Лосев К.С. Экологические проблемы и перспективы устойчивого развития §

России в ХХ! веке. М., 2001. S

5. Мандыч А.Ф. Экосистемы мира в начале XXI столетия // Природопользование и устойчивое развитие. Мировые экосистемы и проблемы России. М.,

2006. С. 48.

6. Медоуз Д., Рандерс Й., Медоуз Д. Пределы роста. 30 лет спустя / Пер. с англ.

М., 2007.

7. Тишков А.А. Биосферные функции природных экосистем России. М., 2005.

8. Экологическая доктрина Российской Федерации. М., 2002.

9. Caring of the Earth. A strategy for sustainable living. Gland: IUCN/WWF, 1991.

технологии