Аксиоматические основы ландшафтной экологии
Современный уровень географических и экологических знаний позволяет принять ряд аксиом и положений теории ландшафтной экологии. Они вытекают из общегеографических и обладают достаточно высокой достоверностью. Порядок их рассмотрения устанавливается исходя из требований системного анализа: сначала формулируется аксиома о целостной системе, затем даются положения о ее элементах, о системообразующих отношениях, о структуре и иерархии систем и, наконец, об их границах. Предлагаемая система аксиом и положений является той методологической основой, на которую опирается биогеограф при решении ландшафтно-экологических задач.
Аксиома В.И. Вернадского о биосфере. Теория геоэкологии опирается на реальные свойства предметов и явлений, генеральная совокупность которых принадлежит биосфере. Сущность ее постулируется аксиомой В.И. Вернадского: биосфера представляет собой целостную экологическую систему, в которой живое вещество взаимодействует с элементами литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы.
Руководствуясь этой аксиомой, биосферу определяют как экосистему высшего ранга, а океаносферу, где условия среды в значительной мере определяются водной массой, рассматривают как подсистему биосферы.
Аксиома В.И. Вернадского имеет фундаментальное значение для развития теории биогеографии океана. Из нее вытекают важные положения об элементах, системообразующих отношениях и структуре биосферы.
Положение о составе элементов. Природа элементов биосферы двойственна, с одной стороны - это объединение множеств элементов биосферы, литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы; с другой - это хорологические единицы, биогеоценозы (экосистемы) и образуемые ими биохоры более высокого таксономического ранга.
Действительно, в любой экосистеме - на суше или в океане - присутствуют хотя бы в незначительных количествах и в своеобразной форме элементы любой геосферы. Например, в аквальных ландшафтах вещество литосферы представлено растворами и взвесями минеральных веществ; в субаквальных ландшафтах вещество атмосферы присутствует в виде растворенных в воде газов. Внешне безжизненные ледовые пустыни полярных стран несут множество диаспор живого вещества, подтверждая мысль В.И. Вернадского о "всюдности жизни". Все шире в биосфере распространяются элементы техногенеза, оказывающие прямое или косвенное воздействие на естественные экосистемы, возникают новые природно-хозяйственные системы.
Характеризуя системообразующую роль элементов различных геосфер, А.А. Крауклис (1979) раскрывает содержание трех начал геосистем, которое с равным основанием можно отнести к трем началам экосистем.
Инертное начало, к которому относятся главным образом минеральный субстрат и рельеф, выступает как "скелет" экосистемы. Оно придает ей фиксированное местоположение на земной поверхности и известную пространственную обособленность, связывая с геологическим прошлым данного участка.
Мобильность в экосистему вносят, с одной стороны, энергия Солнца и процессы, возбуждаемые ершовыми полями Земли и космического пространства, а также скрытые в самой экосистеме источники разных видов энергии.
С другой стороны - источником мобильности является вещество, у которого силы молекулярного сцепления относительно слабы и которое пребывает в экосистеме в основном в виде потоков. Это, главным образом, воздушные и водные массы. К мобильной части принадлежат также атомы, молекулы и другие микротела остальных компонентов, мигрирующих между разными частями экосистемы.
Мобильная составляющая, таким образом, выполняет обменные и транзитные функции, связывает внутренние части экосистемы и объединяет последнюю с ее внешним окружением. Она ослабляет зависимость экосистемы от унаследованных факторов данного местоположения, постоянно размывает и передвигает пространственные границы.
Сочетание инертности и мобильности придает экосистеме одновременно свойства дискретного и континуального образования - системы с "пульсирующими" во времени контурами внешних и внутренних связей.
Биота частично принадлежит обеим рассмотренным выше составляющим, но, кроме того, еще выполняет и самостоятельные функции. В деятельности биоты особое значение имеют чисто биологические качества этой формы проявления материи - прежде всего высокая избирательность по отношению к внешним условиям, способность к самовоспроизведению, размножению, росту.
Именно в активности и пластичности - основная сила биоты как самостоятельной части геосистемы. Взаимодействуя с остальными компонентами, биота выступает как важнейший внутренний фактор саморегуляции, восстановления, стабилизации. Оптимальное насыщение геосистемы биотой, как свидетельствует практика, -первостепенное условие и способ для успешного управления экосистемами и рационального использования их природного потенциала.
Системообразующая роль элементов неравнозначна. В.И. Вернадский ведущую роль отводил живому веществу: "На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом" (Вернадский, 1960, с. 21).
Оценивая роль элементов в формировании геосистем, Н.А. Солнцев (1949) ранжирует их в определенный ряд. На первом месте стоит земная кора с ее структурными формами, омоложенными новейшими тектоническими движениями, затем следуют поверхностные воды, метеорологические условия, и, наконец, завершающим звеном этого ряда являются почвенно-растительные комплексы и животный мир.
Рассматривая роль элементов окружающей среды как экологические факторы, В.В. Мазинг (1969) предлагает следующий иерархический ряд. На первое место в ряду факторов, влияющих на главное звено экосистем - растительный покров, он ставит количество тепла (суммы солнечной радиации) как фактор, определяющий широтную зональность. На второе место - количество осадков и их сезонное распределение.
Подчеркивая значение сильных элементов, мы вместе с тем должны отдавать должное роли слабых взаимодействий, без которых целостность и устойчивость системы невозможна. Сильные воздействия не всегда играют решающую роль в управлении системой. Одно из правил кибернетики гласит, что вовремя и к месту приложенное слабое воздействие может оказаться решающим в управлении системой.
Познание элементного состава экосистем отвечает аналитическому пути их моделирования. В ходе исследования из генерального множества элементов, отображающего реальное пространство биосферы, руководствуясь эвристическими решениями или мнениями экспертов, формируют операционное признаковое пространство, которое представляет собой перечень наиболее существенных элементов и их свойств, присущих конкретным биогеоценозам.
Заметим, что для разработки моделей экосистем главным является исследование изменчивости признаков, характеризующих объекты. В этом смысле справедливо утверждение Д. Харвея (1974), что элементы системы суть состояние вещей, а не сами вещи.
Сравнив элементный состав биогеоценозов, можно говорить об их различии или сходстве в экологическом отношении. Несмотря на сложность и уникальность экосистем, реальны системы, пересечение свойств которых позволяет выявлять область общих элементов. Наличие общих свойств позволяет находить классы изоморфных экосистем, в пределах которых имеют место единые методы описания их структуры, состояния и поведения. Инвариантные структуры, присущие изоморфным системам, представляют собой наиболее ценный фонд для разработки экологических моделей. Понятие об инварианте рассматривается как ключевое в познании всех экологических закономерностей.
Исследование экосистем допускает прием сознательного отбрасывания отдельных элементов, экологическая роль которых с точки зрения решения конкретной задачи несущественна. Этот прием отвечает принципу ограничения разнообразия информации У. Эшби. Его еще называют принципом "бритвы Оккама", который гласит: не следует делать посредством большего то, чего можно достичь посредством меньшего. Таким образом процедуру выявления инварианта экосистемы можно существенно упростить.
Положение о системообразующих отношениях. Обязательным атрибутом биосферы, как следует из аксиомы Вернадского, являются связи или отношения, заданные на множестве ее элементов. В основе саморегуляции экосистем лежат отрицательные обратные связи. Положительные обратные связи вызывают гипергрофированнное развитие определенных процессов. Так, например, интенсивное размножение фитопланктона ведет к "выеданию" биогенов, после чего биопродуктивность резко падает.
Комбинирование различных форм связей приближает нас к отображению структуры реальной гео- или экосистемы во всей ее сложности.
Характерная черта структурообразующих связей - их каузальность: всякий природный процесс, хозяйственная деятельность человека являются причиной, вызывающей изменение связанных с ними элементов. Поэтому важным дополнением к рассмотренным выше формам отношений служит анализ основных типов причинно-следственных связей.
Важные аспекты взаимодействия природных систем с окружающей средой раскрывает принцип симметрии П. Кюри. Его главные положения заключаются в следующем. Симметрия рассматривается как состояние пространства, характерное для среды, где происходит данное явление (Кюри, 1959, с.2). По сути дела все сводится к положению, согласно которому углубленное изучение реальных систем требует хорошего знакомства с той средой, в которой они образовались. На вопрос, как отражается влияние среды на формирующемся в нем объекте, П. Кюри отвечает следующим образом: симметрия порождающей среды как бы накладывается на симметрию тела, образующегося в этой среде. Получившаяся в результате форма тела сохраняет только те элементы своей собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды. Применительно к объектам ландшафтно-экологических исследований принцип симметрии П. Кюри проявляется, например, в узоре биогеоценотического покрова морского дна, характер которого контролируется факторами внешней среды.
При системном анализе принцип симметрии П. Кюри может быть использован для объяснения формирования структуры природной системы под воздействием факторов окружающей среды. В этом случае результатом наложения факторов окружающей среды на структуру системы будет сохранение таких системообразующих элементов и связей между ними, которые со- впадают с определенными элементами среды. Например, состав и структура растительного сообщества, как правило, адекватны экологическим условиям. Другими словами, растительное сообщество и среда симметричны.
Наряду с симметрией, П. Кюри придавал особое значение явлениям дисимметрии -исчезнувшим элементам собственной симметрии данного объекта. По его убеждению, для предсказания новых явлений дисимметрия более существенна, чем сама симметрия.
Положение о структуре экосистем. Структура биосферы порождается ее элементами и отношениями между ними. Для биогеографии важное значение имеет исследование функциональных и хорологических структур биосферы.
Основное назначение функциональных моделей - охарактеризовать структуру потоков вещества, энергии и информации в конкретных системах. Широкие возможности для генетических, функциональных и экологических интерпретаций открывают математические модели, раскрывающие корреляционные связи между элементами. Можно с уверенностью утверждать, что структура корреляционных связей в системе тесно связана с особенностями ее функционирования. Высокие коэффициенты корреляции между элементами системы являются, как правило, следствием четко выраженных генетических, функциональных и экологических связей.
Аксиома об иерархической структуре биосферы: биосфера представляем собой систему, организованную в виде множества подсистем различной размерности.
Для реализации хорологического подхода в биогеографических исследованиях весьма существенным является исследование пространственных структур - биохор, порождаемых композициями биоценозов.
Принцип иерархической определенности - один из главнейших в теории биогеографии. Следуя ему, необходимо четко задавать иерархический уровень, на котором должны вестись исследования экосистем и разрабатываться модели экологических связей. Переход от одного структурного уровня к другому сопровождается качественным изменением свойств системы.
Л. Г. Берг писал, что охарактеризовать и выделить какой-либо географический ландшафт можно лишь тогда, когда мы установим границы, отделяющие один ландшафт от другого. Проведение естественных границ есть начало и конец каждой географической работы (Берг, 1958). В равной мере это высказывание можно отнести к биогеографическим исследованиям береговой зоны моря. Практическое значение этой закономерности заключается в том, что использование модели ограничивается тем рангом системы, для которого она разработана.
Аксиома о границах экосистем. Биосфера как планетарная система обладает свойствами дискретности и континуальности. Каждая экосистема занимает определенную площадь и объем и отделена от соседних систем границами. Они могут быть линейными или расплывчатыми, четко выраженными или затушеванными, стабильными или подвижными, однако они объективно существуют независимо то того, обнаружены они или нет.
Континуальность биосферы проявляется в тех случаях, когда между соседними территориальными (акваториальными) комплексами существуют более или менее широкие области перехода. Их называют экотонами. Как правило, здесь отмечается обогащение состава и усложнение структуры биогидроценозов. Повышается их биологическая продуктивность. Примером экотона в океане является литоральная зона.
|
|
Читайте в рубрике «Экология океана»: |