Экология

способны интенсивно размножаться. Данная возрастная структура

свидетельствует о неблагоприятных условиях. В быстро растущих популяциях

преобладают интенсивно размножающиеся молодые особи. В стабильных

популяциях это соотношение, как правило, составляет 1:1. При благоприятных

условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается

сравнительно стабильный уровень численности. На возрастной состав

популяции, помимо общей продолжительности жизни, влияют длительность

периода размножения, число генераций в сезон, плодовитость и смертность

разных возрастных групп. Так, у полевок (Clethrionomys) взрослые особи

могут давать потомство три раза в год и более, а молодые особи способны

размножаться через 2—3 месяца (рис. 4).

Популяция лосей в любое время года состоит из 10—11 возрастных групп,

однако размножаться особи начинают только с 5-й возрастной группы.

Еще более сложная картина наблюдается в популяциях растений. К примеру,

дубы (Quercus) дают семенную продукцию в течение столетий. И как результат,

популяции у них формируются из огромного количества возрастных групп.

Таким образом, следствием правила максимальной рождаемости (плодовитости,

воспроизводства) популяции служит правило стабильности ее возрастной

структуры: любая естественная популяция стремится к стабильной возрастной

структуре, четкому количественному распределению особей по возрастам. Это

правило сформулировано А. Лоткой в 1925 году. Правило А. Лотки приложимо

лишь к высшим организмам с возрастной структурой популяций и не имеет

свойств универсальности, хотя в более широком биосистемном смысле оно

универсально. Правило стабильности возрастной структуры популяций для

многих организмов следует дополнить правилом стабильности соотношения

полов, если дифференциация по полу вообще существует, что бывает не всегда.

В совокупности эти два правила составляют правило стабильности

половозрастной структуры популяции.

Для описания возрастной структуры в популяции выделяют возрастные группы,

состоящие из организмов одного возраста, и оценивают численность каждой из

этих групп. Результаты представляют в виде диаграмм или пирамиды (рис. 5).

Если в популяции размножение происходит постоянно, то по возрастной

структуре устанавливают, сокращается или увеличивается численность. Если

основание пирамиды широкое это означает, что рождаемость превышает

смертность и численность растет (в данном случае населения бывшего СССР,

1970 г. и Кении, 1969). Если же особей младших возрастных групп меньше, чем

более старых, то численность будет сокращаться (рис. 5).

Условия существования особей разного возраста в популяции часто резко

различны. Различна и их смертность, например, личинки многих беспозвоночных

и рыб подвержены более высокой смертности, чем взрослые особи.

[pic]

Май Июнь

Июль Август Сентябрь

Рис. 4 Возрастная структура популяции полевки-экономки на Крайнем

Севере (по С.С. Шварцу, 1980

Рост популяций и кривые роста

Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция, как

правило, будет расти. Рассмотрим это на примере одиночной бактериальной

клетки, помещенной в питательную среду и находящейся в условиях,

оптимальных для роста. Клетки и все ее потомки делятся каждые 20 минут.

Можно отметить четыре фазы роста бактерий.

Рис. 5. Типичная кривая роста бактерий

Лаг-фаза — бактерии адаптируются к новой среде обитания, и поэтому

максимальная скорость роста не достигается. В этот период у бактерий могут,

например, синтезироваться новые ферменты, необходимые для усвоения тех

питательных веществ, которые содержатся в новой среде.

Логарифмическая фаза — это такая фаза, когда бактерии растут с максимальной

скоростью. Число клеток увеличивается почти экспоненциально, а кривая роста

идет прямолинейно. Затем рост колоний начинает замедляться, и культура

входит в стационарную фазу, а затем и в фазу замедления роста. Кривая роста

приобретает сигмоидную (S-образную) форму. Такой тип роста называют

зависимым от плотности популяции, которая влияет на истощение пищевых

ресурсов и накопление токсических продуктов, а потому нарост. С увеличением

плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля, кривая

выходит на плато. При нулевом росте популяция стабильна, т. е. размеры ее

не меняются. Отдельные организмы при этом могут расти и размножаться.

Нулевая скорость роста означает лишь то, что скорость размножения, если оно

происходит, уравновешена смертностью. Такая сигмоидная кривая роста

получена для ряда одноклеточных и многоклеточных организмов, например, для

клеток водорослей в культуральной жидкости, для фитопланктона озер и

океанов весной, для насекомых (мучные хрущаки, а также клещи,

интродуцированные в новое местообитание с обильными запасами пищи, где нет

хищников). Когда экспоненциальный рост продолжается вплоть до внезапного

падения плотности популяции в результате исчерпания ресурсов среды,

получается кривая другого типа, называемой «J-образной», или кривой «бум и

крах». Такой рост не зависит от плотности, так как его регуляция связана с

плотностью популяции до самого момента катастрофы. Крах может происходить

по тем же причинам, например, из-за истощения пищевых ресурсов, которое в

случае сигмоидной кривой роста заблаговременно оказывало регулирующее

влияние на рост. Миграция, или расселение, так же как и внезапное снижение

скорости размножения, может способствовать уменьшению численности

популяции. Расселение может быть связано с определенной стадией жизненного

цикла, например, с образованием семян. Примеры того и другого типа показаны

на рис. 6. Для обоих типов характерна экспоненциальная фаза в начале роста.

Рассматривая вопрос об оптимальных размерах популяции в данной среде,

следует учитывать поддерживающую емкость или кормовую продуктивность среды.

Чем выше поддерживающая емкость, тем больше максимальный размер популяции,

который может существовать неопределенно долгое время в данном

местообитании. Дальнейшему росту популяции будут препятствовать один или

несколько лимитирующих факторов. Это зависит от доступности ресурсов для

данного вида. В случае J-образной кривой роста (рис. 6) популяция внезапно

выходит за пределы поддерживающей емкости среды. Эту величину обозначают

символом К, который можно использовать также для обозначения максимальных

размеров стабильной популяции в данных условиях. Рост, соответствующий

сигмоидной и .J-образной кривой, можно описать алгебраически с помощью

простых дифференциальных уравнений. Оба уравнения относятся к популяциям, в

которых поколения полностью перекрываются, так что популяция изменяется

непрерывно. Это и позволяет использовать дифференциальные уравнения

(таб.3).

Сигмоидная и J-образная кривые — это две модели роста популяции. Здесь

предполагается, что все организмы сходны между собой, имеют равную

способность к размножению и равную вероятность погибнуть. Отсюда скорость

роста популяции в экспоненциальной фазе зависит только от ее численности и

не ограничена условиями среды, которые остаются постоянными.

Математические формулы логарифмического или экспоненциального роста были

приведены в 20-х годах XX столетия А. Лоткой. В настоящее время уравнения,

описывающие экспоненциальный рост, в экологии используются прежде всего для

определения потенциальных возможностей к росту популяции.

Поддерживающая емкость среды

[pic]

[pic]

. Поддерживающая. емкость среды

Резкое снижение численности

30

Возраст, дни

60

Рис. 6. Два типа кривых роста популяции (по Н. Грину и др., 1993)

А — сигмоидная (S-образная) кривая роста дрожжей в культуре; Б — J-

образная кривая роста дафний в культуре

Ограничения техногенного типа экономического развития.

Рассмотрим необходимость смены техногенного типа развития

экономики России на устойчивый тип. Почему этот вопрос жизненно важен для

нашего общества? Можно ли при техногенном развитии оздоровить экономику,

перейти к рынку, повысить благосостояние? Сейчас часто встречается позиция,

согласно которой сначала нужно решить текущие экономические проблемы, а

затем после улучшения экономической ситуации заниматься природой. Возможна

ли такая последовательность: сначала экономика, а потом природа?

Для ответа на эти вопросы рассмотрим более подробно основные черты

техногенного типа экономического развития сложившегося у нас в стране.

Можно выделить по край мере три ограничения ("тупика") техногенного типа

развития: экологическое, экономическое (инвестиционное) и социальное.

• экологические ограничения все более лимитируют экстенсивный

экономический рост. Деградация природного фундамента экономики может

произойти в самое ближайшее время, если не принять срочных мер. Например,

по оценкам специалистов в ближайшие два десятилетия во многих

сельскохозяйственных регионах можно ожидать экологический кризис,

вызываемый деградацией земельных ресурсов.

Уже сейчас очевидны кризисные последствия промышленного и аграрного

развития для водных ресурсов в реках Волге, Дон, озере Байкал, Азовском и

Каспийском морях и др. Они сверх допустимых норм загрязнены органикой,

тяжелыми металлами, фенолом, нефтепродуктами и другими веществами, и в

самой ближайшей перспективе можно ожидать усугубления этого. Острой

проблемой становится широко распространенное, особенно в Европейской части

России, загрязнение подземных вод. Это приводит к обострению дефицита

питьевой воды и сопровождается кризисом в обеспечении водой населения

урбанизированных регионов.

Растет число отходов, в том числе токсичных. Их захоронение и

утилизация поставлены крайне неудовлетворительно.

Многие виды природных ресурсов близки к исчерпанию. Крупных

промышленных запасов нефти в России осталось примерно на 20—30 лет.

Практически исчерпаны лесные ресурсы европейской части страны. Подобные

ситуации сложились и в использовании других видов природных ресурсов.

В ближайшие годы резко возрастет опасность возникновения крупных

техногенных аварий и экологических катастроф, что связано с колоссальным

износом промышленного, транспортного и очистного оборудования. На многих

предприятиях этот износ достигает 80—90%. О возможных огромных

экономических потерях по этим причинам свидетельствуют масштабные аварии

нефтепроводов в Коми (1994 г.) и Башкирии (1995 г.).

• Вторым ограничением техногенного типа экономического развития

является экономическое, или, в более узком смысле, инвестиционное. Для

поддержания техногенного, природоемкого развития с каждым годом необходимо

выделять все больше средств в природоэксплуатирующие народнохозяйственные

комплексы и отрасли. Деградация и истощение природных ресурсов требуют

огромных капитальных вложений для разработки новых ресурсов или усиления

эксплуатации уже имеющихся. Только на два крупнейших в экономике

природоэксплуатирующих комплекса — топливно-энергетический и

агропромышленный — выделяется значительная часть всех инвестиций в

экономику.

Однако эффективность этих затрат непрерывно падает. Увеличивается

диспропорция между выходом продукции и затрачиваемыми для этого средствами.

Это особенно хорошо видно на примере развития крупнейшего агропромышленного

комплекса в бывшем СССР. С 20-х годов парк тракторов в бывшем СССР

увеличился к 1990 г. в 100 раз, количество зерновых комбайнов — с 2 шт. в

1928 г. до 700 тыс. шт., парк грузовых автомобилей — примерно в 2500 раз,

поставки минеральных удобрений — в 350

раз и т.д.

Однако такое колоссальное наращивание производственного потенциала дало

минимальный эффект: "гора родила мышь". Особенно показательно сопоставление

роста в среднем за 80-е годы выхода зерна с единицы площади (в 2 раза) и

объема годовых капитальных вложений в сельское хозяйство (более чем в 4000

раз) по сравнению с их среднегодовым уровнем в 20-е годы. Площадь посевов

зерновых культур возросла за это время менее чем в 2 раза. Таким образом,

для получения единицы зерна к началу 90-х годов требовалось в 1100 раз

больше капитальных вложений по сравнению с 20-ми годами.

Приведенные цифры наглядно показывают, что если сейчас понадобится

увеличить урожай с аналогичными затратами материально-технических средств,

энергии, то для этого в экономике просто не хватит ресурсов.

Аналогичные тенденции сложились при добыче топливно-энергетических

ресурсов, заготовке древесины и т.д.

Очевидно, что при таком типе экономического развития требуется все

больше средств даже для поддержания на прежнем уровне объемов эксплуатации

и добычи природных ресурсов и получаемой на их основе готовой продукции.

Необходимы иные, ресурсосберегающие пути формирования эффективного

народнохозяйственного комплекса, основанные на учете экологических

факторов.

• Социальные ограничения. Сформировавшийся техногенный, природоемкий тип

экономического развития является в перспективе тупиковым не только в связи

с экологическими и экономическими ограничениями, но и в силу чисто

социальных причин. Среди них на первом месте — ухудшение в глобальных

масштабах здоровья населения. Одного этого уже достаточно для пересмотра

концепции социально-экономического развития страны.

Во многих регионах наблюдается ухудшение качества сельскохозяйственной

продукции, увеличение содержания в ней различных вредных веществ, тяжелых

металлов и пр. Аналогичные процессы происходят с питьевой водой. Сейчас

только 50% питьевой воды в городах соответствуют санитарным нормативам,

Обостряются экологические условия проживания, особенно в крупных

индустриальных городах, где многократное превышение нормативов загрязнения,

воздушного бассейна стало обычным. Тяжелая обстановка складывается в

промышленных центрах и городах, где сосредоточены промышленность и

автомобильный транспорт. Только 15% городского населения России живет в

нормальной экологической среде. В 84 крупных городах страны с общей

численностью населения около 50 млн. человек загрязнение воздуха превышает

допустимые санитарно-гигиенические нормы в 10 и более раз.

Все это приводит к росту различного рода заболеваний, ослаблению

иммунитета, генетическим изменениям. Плохое состояние окружающей среды

определяет примерно 20—30% заболеваемости населения и 50% онкологических

заболеваний.

Особенно негативно ухудшение экологической ситуации сказывается на

детях. По уровню детской смертности Россию можно сравнить со слаборазвитыми

странами. По данным медицинских учреждений только 12% выпускников школ

могут считаться абсолютно здоровыми. По мнению известного экономиста

В.И.Данилова-Данильяна, страна близка к критическому уровню генетической

неполноценности, за которым начинается национальная деградация. Низкое

качество окружающей среды, алкоголизм привели к резкому увеличению числа

детей с различными генетическими отклонениями. Современный уровень

рождаемости таких детей достигает 17%. Биологические законы существования

живых видов показывают, что генные отклонения у 30% популяции приводят к ее

гибели. Если деградация генофонда пойдет и дальше такими же темпами, то без

преувеличения можно сказать, что современная экологическая ситуация в

России убивает будущие поколения.

Среди других социальных проблем, порождаемых ухудшением состояния

окружающей среды, следует упомянуть национальные и миграционные проблемы.

Так, деградация природы в результате массовой добычи нефти и газа,

строительства гагантских нефте- и газопроводов в районах Арктики и Сибири

привела к утере традиционных мест обитания и занятий (оленеводство, охота,

рыболовство) для малых народностей Севера. В результате наблюдается

люмпенизация, резкое сокращение продолжительности жизни, вымирание 7 из 26

народностей.

Реализация экономических проектов, связанных с крупномасштабными

экологическими изменениями, приводит и к резкому усилению миграционных

процессов. В международной практике это явление связано с термином

"экологические беженцы". Например, строительство волжского каскада ГЭС

привело к затоплению огромного количества городов и населенных пунктов, что

сопровождалось выселением 1 млн. 200 тыс. человек. Потеря традиционных мест

обитания для десятков тысяч людей произошла и в результате Чернобыльской и

Аральской катастроф, уже упомянутого разрушения природной среды Севера.

Существование экологических ограничений на пути тех-ногенного развития

российской экономики требуют поиска путей смены "тупикового" типа развития,

экологизации экономики, перехода к устойчивому типу развития.

Направления экологизации экономического развития. Альтернативные

варианты решения экологических проблем

Рассмотрим принципиальные теоретические моменты в экологизации

экономического развития. Необходимость анализа эффективности

природопользования с позиций конечных экономических результатов,

исследования целостной природно-про-дуктовой системы хорошо показывает

реальные границы и объект экономики природопользования как науки.

Большинство имеющихся представлений об экономике природопользования

являются "суженными", они обычно рассматривают проблемы использования

собственно природных ресурсов фактически только на первых этапах природно-

продуктовой цепочки, борьбу с загрязнением окружающей среды как следствие

экономического развития. Сейчас необходим макроподход, представление

экономики природопользования как некой метанауки, в рамках которой

необходимо исследовать все народное хозяйство с позиций экологизации

экономического развития, снижения нагрузки на окружающую среду. Только

разобравшись в сложившихся экономических структурах, особенностях

функционирования народнохозяйственных комплексов и отраслей, можно

эффективно решить обостряющиеся экологические проблемы.

Попытки решать экологические проблемы на основе суженных подходов,

разрабатывать экологические программы на локальном, а не на макроуровне не

всегда эффективны. Можно сравнить нашу экономику с паровозом, который едет

по железной дороге и страшно дымит. За ним бежит человек в белой рубашке и

пытается сохранить ее чистоту. Так вот проблема охраны окружающей среды в

узком смысле этого слова — это проблема частоты смены рубашек для

сохранения видимой их чистоты. С этих позиций лучший выход — поставить

мощный фильтр на трубу, чтобы она меньше дымила. Но такой подход ни в коей

мере не улучшит плохую работу двигателя паровоза, огромное потребление им

топлива с минимальным КПД. То есть речь идет о борьбе с последствиями

загрязнения и расточительного использования ресурсов. Очевидно, что

необходимо забраться в сам двигатель, усовершенствовать или заменить его,

чтобы он потреблял меньше ресурсов, повысил свой КПД и меньше дымил. Таким

образом, в первую очередь необходимо переориентировать всю экономику на

макроуровне на экологосбалансированные цели.

В связи с этим нужна и другая иерархия, последовательность в решении

Страницы: 1, 2, 3, 4