Антропогенное воздействие на механизмы функционирования природных экосистем

В силу необходимости человек постоянно вмешивается в процессы, идущие в экосистеме, влияя на нее в целом или на отдельные звенья. Влияние человека на экосистемы сказывается весьма интенсивно, поскольку своей деятельностью он создает направленные помехи в механизмах передачи обратной связи между компонентами. Эти помехи отличны от естественных. Они не являются инструментом отбора, поскольку в процессе эволюции организмы к ним приспособиться, как правило, не успевают. Отклонения от нормы некоторых параметров среды выходят в таких случаях за пределы, отвечающие нормам реакции организмов на эти параметры.

Человечество столкнулось с целым рядом экологических проблем изза того, что оно нарушает основные принципы функционирования экосистем.

П е р в ы й п р и н ц и п. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

До Промышленной революции люди облегчали свой труд, используя энергию домашних животных, дров, ветра, воды. Все это - непрямые источники солнечной энергии. Лишь в последние 250 лет мы стали использовать ископаемое топливо, но спустя даже такой короткий период оказались на пороге истощения его ресурсов. Более того, его сжигание породило многочисленные проблемы загрязнения окружающей среды, включая возможность катастрофических по своим последствиям изменений климата в результате избыточного поступления в атмосферу углекислого газа. Как будет показано в главе 5, все практические попытки найти альтернативу солнечной энергии чреваты неустойчивостью процессов, происходящих в биосфере.

В т о р о й п р и н ц и п. На конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

За последние 100 лет численность человечества возрастала с феноменальной скоростью и продолжает увеличиваться примерно на 90 млн. человек в год. Тем не менее, множество людей, особенно в развитых странах, по своему рациону относятся, в основном, к третьему трофическому уровню, т.е. едят мясо. Поскольку для производства одного его килограмма требуется от 10 до 20 килограммов зерна, такой характер нашего питания ложится тяжелым бременем на сельское хозяйство. Чтобы все люди могли позволить себе мясной рацион, надо примерно в 10 раз расширить посевные площади. Стремление увеличить сельскохозяйственную продукцию оборачивается разрушением почв в результате эрозии и перевыпаса, что приводит к снижению плодородия земель и возникновению продовольственного кризиса. Этим вопросам посвящена следующая глава.

Т р е т и й п р и н ц и п. В естественных экосистемах использование ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов.

Вмешательство человека в естественные круговороты основных веществ в биосфере резко возрастает, особенно, начиная с 50-х годов нашего столетия, из-за быстрого роста населения и интенсивного использования природных ресурсов.

Увеличение содержания углерода в биосфере в результате антропогенной деятельности происходит в основном в результате двух процессов: • сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать двуокись углерода; • сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древесины.

Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу. Ученые предсказывают, что этот углекислый газ вместе с другими летучими техногенными выбросами может в ближайшие десятилетия вызвать потепление земной атмосферы и тем самым внести дополнительные изменения в ход естественных процессов в биосфере.

Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:

• сжигание древесины или ископаемого топлива, при котором в атмосферу выбрасываются большие количества оксида азота (NO). Оксид азота затем в атмосфере соединяется с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (НNO3), которая является компонентом кислотных осадков, наносящих вред всему живому;
• добыча полезных ископаемых, содержащих нитрат-ионы и ионы аммония, для производства минеральных удобрений;
• вынос из почвы нитрат-ионов и ионов аммония при сборе урожая сельскохозяйственных культур с высоким содержанием азота;
• увеличения количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с ферм, полей.

Увеличение содержания фосфора в биосфере происходит в результате:

• добычи фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств;
• увеличения избытка фосфат-ионов в водных экосистемах, при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и

Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами:

• забором большого количества пресной воды из рек, озер и водоносных горизонтов;
• уничтожением растительного покрова суши. Это приводит к уменьшению просачивания поверхностных вод под землю, что

Загрязнения биосферы, связанные с нарушением человеком указанных принципов функционирования экосистем: физические (тепловое, шумовое, вибрационное, электромагнитное, световое, радиоактивное); химические (аэрозоли, химические вещества, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, синтетические поверхностно-активные вещества); биологические (биотическое, микробиологическое, генноинженерное) - ежесекундно, ежемгновенно атакуют экологические ниши популяций - компонентов экосистем и, вместе с тем - пределы устойчивости гомеостаза экосистем.

Пределы устойчивости: от гомеостаза почвы до глобального выбора

Постоянно возрастающая интенсивность загрязнений действует на биоту не изолированно, а синергетически. Комплексное воздействие выталкивает популяции организмов за пределы их биологической толерантности. В результате экосистемы повсеместно теряют способность к гомеостазу, что неизбежно приводит к их деградации и гибели.

• Периодичность эволюционных переломов — 100 млн лет
• Срок на создание устойчивой антропоэкосистемы — 50 лет

Резкое изменение окружающей среды снижает общую устойчивость биосферы, напрямую затрагивая и агроэкосистемы. Подобные масштабные события, меняющие ход эволюции, происходят на Земле крайне редко. Сегодня общество и аграрный сектор стоят перед выбором: допустить разрушение биосферы с вымиранием большинства видов либо научиться контролировать техногенное воздействие.

Альтернативного сценария для предотвращения экологической катастрофы нет. Практикам необходимо взять за основу базовые принципы устойчивости и равновесия природных экосистем и внедрить их в хозяйственную деятельность. Фундамент для построения сбалансированной антропогенной экосистемы уже заложен, и реализовать этот подход предстоит в ближайшие 50 лет.