Программа курса лекций

Автор д.б.н. О.В. Смирнова

 

 

 

Обсуждены два взаимоисключающих способа взаимоотношения человека и природы. Первый, доминирующий, включает различные способы использования биологических ресурсов: от щадящих до истребительных. Второй, дополнительный, включает различные способы охраны природы: от абсолютного заповедания до целевого сохранения популяций отдельных видов. Показано, что оба существующих способа не позволяют достичь эффекта, необходимого для устойчивого существования цивилизации: возможно полной, в современных условиях, реализации экологических функций экосистемного покрова, таких как биотическая оптимизация климата и гидрологического режима, высокое биологическое разнообразие и продуктивность. Существующее положение определяет необходимость перейти от альтернативных стратегий общения с природой к формированию и реализации новой, единой стратегии, сочетающей охрану природы и природопользование. Основная задача этой новой стратегии – максимально полная реализация экологических функций экосистемного покрова.

 

Дана оценка влияния парадигмы организмизма в биологии, континуальности растительного покрова в геоботанике, системной парадигмы в науках о природе, популяционной парадигмы в биологии на развитие теоретических основ системной экологии и совершенствование способов охраны природы. 
Рассмотрена эволюция представлений альтернативных концепций: 
дискретности биологических объектов, детерминированности их организации и внутренне обусловленной однородности как результата жизни особей мощных средопреобразователей, с одной стороны, 
континуальности биологических объектов, вероятностного характера их структурно-функциональной организации и динамики и внутренне обусловленной гетерогенности как результата потоков поколений в популяциях мощных средопреобразователей, с другой стороны, в процессе развития теоретической экологии.
Показана значимость таких признаков биосистем, как эмержентность иерархичность, гетерогенность, потенции, позиции, собственное время, собственное пространство, для развития теоретических основ системной экологии и реализации единой стратегии, сочетающей охрану природы и природопользование. Проанализированы основные концепции системной экологии: оконной мозаики лесных экосистем (gap-mosaic concept), мозаично-циклической организации детритных и пастбищных экосистем (mosaic-cycle concept of ecosystems), средопреобразователей экосистем (эдификаторов, ключевых видов - key species, экосистемных инженеров - ecosystem engineers).

 

Пересмотр основных концепций синэкологии с позиций системной и популяционной парадигм позволил сформулировать следующие положения синтетической теории организации экосистемного покрова:

1. Основу для познания структурно-функциональной организации экосистемного покрова составляют представления о потенциях и позициях систем.

Потенции системы – это ее свойства, полностью проявляющиеся при спонтанном (эндогенно обусловленном) развитии в оптимальных условиях. Если такое развитие нарушается внешними (экзогенными по отношению к системе) воздействиями, и/или оно осуществляется в неоптимальных условиях, то система проявляет лишь часть потенциальных свойств, и это характеризует ее позиции в конкретных условиях. Описание развития системы, осуществляемого путем полной реализации потенций в конкретных условиях, представляет собой удобную модель, своего рода «эталонный вариант», необходимый для оценки степени отклонения конкретных систем от этого эталонного варианта и выяснения причин этих отклонений.

2. Экосистемный покров и его элементы достигают полной реализации потенций за счет активной средопреобразующей роли биоты, при этом максимально полно реализуются основные экологические функции: биотической оптимизации климата и гидрологического режима, максимально возможного биологического разнообразия и продуктивности. Активная роль биоты проявляются не только на локальном, но и на региональном и глобальном уровнях. В том случае, если биота Земли полностью реализует потенции, она выступает как основной климаторегулирующий фактор на планете.

3. Живой покров биосферы и биота каждой экосистемы представляет собой множество взаимодействующих популяций разных видов, относящихся к различным трофическим группам. Основной механизм, определяющий возможность биоты активно преобразовывать среду, - потоки поколений в популяциях ключевых видов разных трофических уровней. Их средопреобразующая деятельность создает внутреннюю гетерогенность среды экосистем, что определяет возможность совместного существования экологически и биологически различных подчиненных видов разных трофических групп и в итоге – высокий уровень биоразнообразия экосистем. Средопреобразующая деятельность ключевых видов увеличивает разнообразие экологических ниш в экосистемах за счет пространственно-временного перераспределения ресурсов, что приводит к уменьшению роли конкурентных и к возрастанию роли комплементарных и мутуалистических отношений в функционировании экосистемного покрова и его элементов.

4. Существуют принципиальные различия между средопреобразующей деятельность природных ключевых видов и воздействиями человека. Способы, интенсивность и размеры воздействий первых сформировались в результате длительной эволюции экосистем, которая была направлена на интенсификацию использования абиотических ресурсов всеми потенциальными обитателями в целом. Способы, интенсивность и размеры воздействий человека принципиально менялись по мере развития цивилизаций, причем основная тенденция этих изменений – создание преимуществ для избранных видов в ущерб основной части биоты. Такой путь преобразования экосистемного покрова, по мере усиления средопреобразующей роли человека, привел к формированию неполноценных экосистем и экосистемного покрова в целом, которые не способны в полной мере реализовать экологические функции.

С позиций синтетической теории организации экосистемного покрова обсуждены основные понятия экологии: экосистема, ее потенции и позиции в современном покрове, собственное время и пространство экосистем, структура экосистем, основные типы динамических процессов в экосистемах и их комплексах, ведущие факторы динамики, вербальные модели сукцессий, сукцессивное и климаксовое состояние экосистем. Выделены типы экосистемного покрова: потенциальный, восстановленный и современный, которые отражают разные этапы замены средопреобразующей роли ключевых видов антропогенными воздействиями. Рассмотрены возможности и ограничения использования перечисленных понятий для познания структурно-функциональной организации экосистемного покрова в целом и его элементов.

 

Обсуждены основные этапы антропогенных воздействий на экосистемный покров анализируемой территории, которые привели к формированию современной зональности. Показано, что пусковым механизмом формирования современной зональности было частичное или полное уничтожение ключевых видов вследствие развития сначала присваивающего (финальный палеолит), а затем производящего хозяйства (от неолита до современности). Установлено, что по мере антропогенно обусловленного сокращения влияния ключевых видов растений и животных на природные экосистемы усиливается воздействие на них человека как главного ключевого вида современности.

Показано, как антропогенные преобразования ослабляют возможность реализации экологических функций экосистемного покрова, таких как биотическая оптимизация климата и гидрологического режима, поддержание максимально возможного биологического разнообразия и максимально возможной продуктивности. Основное следствие этих преобразований – принципиальные изменения природного климата

Предложен новый подход к решению проблемы генезиса бореальных и гемибореальных лесов с конца плиоцена до современности; выявлены критические этапы его преобразования, обусловленные спецификой антропогенных воздействий; показана несостоятельность представлений о детерминированности многовековой динамики экосистемного покрова исключительно климатическими факторами.

 

С позиций синтетической теории организации экосистемного покрова исследовано развитие представлений о динамике растительных сообществ и экосистем на протяжении ХХ века; проанализированы вербальные модели сукцессий, широко распространенные в середине ХХ века; обсуждены преимущества и показаны возможности применения новой модели аутогенных сукцессий – модели насыщения. Рассмотрены основные типы сукцессий в бореальных, гемибореальных и неморальных лесах; выявлены признаки-индикаторы и показана необходимость углубленных исследований биоты экосистем, почв и экотопов в целом на основе представлений об организующей роли популяций ключевых видов в динамике экосистем. Представлены модельные реконструкции потенциального и восстановленного экосистемного покрова территории Европейской России.

 

Изложен алгоритм стационарных исследований экосистемного покрова лесов умеренного пояса с позиций синтетической теории организации экосистем. Продемонстрированы первые итоги и перспективы стационарных исследований в Печоро-Илычском заповеднике. Показана необходимость интеграция усилий региональных научных сообществ и организации стационарных исследований модельных территорий на основе разработанной методологии и согласованной системы методов. Намечены модельные территории для проведения стационарных исследований. Подготовлены рабочие программы теоретических семинаров, практических занятий на стационарах.