«Г.С.Розенберг, Ф.Н.Рянский ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по классическому университетскому образованию Российской Федерации в качестве учебного ...»

Серия «Учебная книга»

Г.С.Розенберг, Ф.Н.Рянский

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ

И ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ

Учебное пособие

Рекомендовано Учебно-методическим объединением

по классическому университетскому образованию

Российской Федерации в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений

по экологическим специальностям

2-е издание Нижневартовск Издательство Нижневартовского педагогического института 2005 ББК 28.080.1я73 Р64 Рецензенты: доктор биол. наук, профессор В.И.Попченко (Институт экологии Волжского бассейна РАН);

доктор биол. наук, профессор В.И.Матвеев (Самарский государственный педагогический университет) Серия «Учебная книга» основана в 2001 году Розенберг Г.С., Рянский Ф.Н.

Р 64 Теоретическая и прикладная экология: Учебное пособие. — 2-е изд. — Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. пед. ин-та, 2005.

— 292 с. (Учебная книга. Вып. 9).

ISBN 5-89988-214-Х (Вып. 9) ISBN 5-89988-132- В учебном пособии рассмотрены актуальные вопросы совре­ менной экологии: системный подход к изучению экосистем и ос­ новные концепции современной экологии, обсуждаются пробле­ мы прикладной экологии и устойчивого развития экосистем раз­ ного масштаба.

Учебное пособие, написанное в соответствии с современными образовательными стандартами, предназначено для студентов III—V курсов, специализирующихся по экологии.

ББК 28.080.1я ISBN 5-89988-214-Х (Вып. 9) © Розенберг Г.С., Рянский Ф.Н., ISBN 5-89988-132-1 © Издательство Нижневартовского педагогического института,

СОДЕРЖАНИЕ

Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ Тема 1. Введение в предмет 1.1. Подходы ктолкованию термина «экология» 1.2. Календарь экологических событий 1.3. Периодизация экологии Вопросы к разделу Раздел 2. СИСТЕМНАЯ ЭКОЛОГИЯ Тема 2. Системная экология 2.1. Что такое «система»? 2.2. Что такое «сложная система»? 2.3. Основной объект экологии 2.4. Простые и сложные свойства экосистем 2.5. Основные принципы системологии 2.6. Объяснение и прогнозирование в экологии 2.7. О редукционизме и холистизме в экологии Тема 3. Система концепций современной экологии 3.1. Некоторые определения 3.2. Сравнительный анализ теоретических понятий 3.3. Структура «ядра» теории (система концепций) Тема 4. Основные теоретические конструкции 4.4. Демэкология. Взаимодействие популяций 4.8. Структура сообществ (общие закономерности, 4.9. Структура сообществ (частные, пространственные 4.10. Динамика сообществ (сукцессии, климакс) 4.12. Экология биосферы (энергетика, продуктивность) Тема 5. Инженерия и качество среды. Инженерная экология Вопросы к разделу 6.2. Экономические механизмы природопользования 6.3. Концепция устойчивого развития и ноосфера

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ

ЭКОЛОГИЯ

Введение в предмет. Подходы к толкованию термина «экология».

Календарь экологических событий. Периодизация экологии 1.1. Подходы к толкованию термина «экология»

Сегодня об экологии говорят многие. Более того, сегодня ее границы раздвинуты далеко за рамки даже синтетической биологической дисципли­ ны: говорят о «социальной экологии», «инженерной экологии», «политиче­ ской экологии», «экологии культуры» (вдумайтесь — «наука о доме куль­ туры»?) и пр. Думается, что это происходит по следующим причинам.

Во-первых, термин «экология» (в переводе с греческого «oikos» — дом, «logos» — наука; таким образом, «экология» — наука о доме, о взаимоотношениях между живыми организмами и окружающей их сре­ дой) оказался очень удачным с лингвистической точки зрения.

Во-вторых, Человек тоже живой организм, находящийся во взаимо­ отношениях с окружающей средой, причем его поведение оказывает очень значительное влияние на Природу. Поэтому с позиций антропо­ центризма экология воспринимается в большей степени как наука, «об­ служивающая» Человека в зависимости от изменения его экономиче­ ского или социального статуса, чем естественно-научная дисциплина.

В-третьих, экология — развивающаяся наука, ее понятийный, ме­ тодический и теоретический аппараты еще не устоялись (так, продол­ жаются дискуссии даже об основном объекте изучения экологии).

Легкость, с которой сам термин «экология» и различные экологические понятия, теряя биологический смысл, вторгаются в разные отрасли знания, по-видимому, отражает назревшую необходимость их «вторичной эко­ логизации». Такой широкий подход был традиционен для российских есте­ ствоиспытателей — сошлемся на произведения С.П.Крашенинникова, И.И.Лепехина, П.С.Папласа, К.М. фон Бэра и др. Но прежде продемон­ стрируем «эволюцию» понятия «экология» на протяжении 135 лет его су­ ществования [210; 217]*.

* Приведенные ниже несколько десятков определений понятия «экология» — это лишь часть «коллекции» одного из авторов данного пособия — Г.С.Розенберга. В ней есть воистину «золотые» определения (например, определение «эко­ логии» Л.Н.Самойлова: «...понятие-символ эпохального значения, болезненный «...Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношении орга­ низма к окружающей среде, куда мы относим все "условия существования" в широком смысле этого слова. Они частично органической, частично неорганической природы» [Haeckel; 318, s. 286].

«...Придавая главное значение явлениям приспособления, прилажи­ вания организма к условиям его существования, мы тем самым призна­ ем основным принципом биологического прогресса — пользу того или иного свойства,— принцип в основе экономический, почему Геккель и был прав, предложив для всей этой области биологии, создавшейся бла­ годаря Дарвину, новое название — экология (курсив автора.— Г.Р., Ф.Р.)» [Тимирязев; 244, с. 217].

«...Экология растений, исследуя отношение растений к среде, изуча­ ет в конечном счете приспособительные черты организации растений»

[Сукачев; 241, с. 30].

«...Экология — наука о закономерностях в отношении организма как целого, как вида, к среде обитания, в комплексе» [Кашкаров; 108, с. 15].

«...Содержанием экологии является изучение взаимоотношений орга­ низма (вида) со средой его обитания, изучение приспособлений и противо­ речий между особенностями вида и элементами этой среды, именуемой факторами; задачей экологического исследования является познание "усло­ вий существования" вида, то есть тех факторов среды, которые являются необходимыми для существования вида, дабы, зная эти условия существо­ вания, управлять жизнью вида или всего комплекса» [Кашкаров; 109, с. 10].

«...Экология — биологическая дисциплина, изучающая взаимоотно­ шения организмов и среды, обуславливающие образ жизни: размноже­ ние, питание, выживаемость, численность и распределение животных»

[Наумов; 162, с..3].

«...Центральной задачей экологии является установление общих принципов, согласно которым действуют естественные сообщества и их компоненты.., современная экология занимается функциональной взаимозависимостью между живыми существами и их окружением»

[Clarke; 300, р. 18].

«...Экология — это наука о взаимоотношениях организмов и обра­ зуемых ими сообществ, или биоценозов, с окружающей средой, о при­ способленности организмов и биоценозов к условиям среды и о проти­ воречиях организмов и биоценозов с окружающей средой (живой и мертвой)» [Раменский и др.; 193, с. 320].

нерв современной мировой цивилизации и культуры, ее новый животрепещущий философско-мировоззренческий ориентир» [цит. по: 27, с. 7]). Впечатляют, на­ пример, и такие «новые направления» экологической науки, как «экологическое пчеловождение» (Е.Н.Поволжский), «экологическое асбестование» (Е.П.Янин), «экотеософия» (В.А.Зубаков).

«...Главной задачей экологии и биоценологии является установление общих закономерностей круговорота форм, материи и энергии в живом покрове Земли с тем, чтобы выработать такие нормы воздействия на этот круговорот, при которых создавались бы оптимальные условия для существования живого покрова планеты и человечества в его составе (вот и появился в определении "экологии" Человек! —Г.Р., Ф.Р.). Естествен­ но, что эта задача может быть решена только в комплексе с геофизикой, геохимией, социологией и пр.» [Беклемишев; 14, с. 26].

«...Экология посвящена изучению взаимоотношений живых орга­ низмов, растительных или животных, со средой; она имеет целью вы­ явить принципы, управляющие этими отношениями... Так что же это за выскочка среди наук, которая представляется нам набором фактов без всякой теории и которая явно страдает от избытка наблюдений и от от­ сутствия принципов для их классификации? А существует ли вообще такая наука — экология?.. Приходится признать, что эколог — это нек­ то вроде дипломированного вольнодумца. Он самовольно бродит по законным владениям ботаника и зоолога, систематика, зоопсихолога, метеоролога, геолога, физика, химика и даже социолога: он браконьер­ ствует во всех названных и во многих других уже сложившихся и поч­ тенных дисциплинах. Ограничить сферу деятельности эколога — дейст­ вительно важная проблема, и в ее разрешении заинтересованы прежде всего сами экологи» [Макфедьен; 138, с. 15].

«...Экология — это наука об обиталищах, или, говоря более широко, об "условиях существования"... было бы правильнее придерживаться новейших идей и определить экологию как науку о строении и функци­ ях природы (курсив автора.— Г.Р., Ф.Р.)» [Одум; 174, с. 13].

«...Я утверждаю, что экология — э т о изучение систем на том уровне, на котором индивиды (организмы) рассматриваются как элементы, взаимодействующие между собой либо с окружающей средой. Системы такого уровня называются экосистемами, и экология есть не что иное, как биология таких систем» [Margalef, 341; 163, с. 5].

«...Для последних десятилетий XX в. особенно подходит одно из оп­ ределений, данных в полном словаре Уэбстера, а именно: "Предмет эко­ логии — это совокупность или структура связей между организмами и их средой". Для "долгосрочных" употреблений лучшим определением этого обширного по объему понятия будет, по-видимому, наиболее крат­ кое и наименее специальное, а именно "биология окружающей среды" (environmental biology) (курсив автора.— Г.Р., Ф.Р.)» [Одум; 175, с. 10].

«...Экология — это наука о реально происходящем в природе» [Дре;

78, с. 157].

«..."Экология": этот термин стал таким же модным, как, например, "ок­ ружающая среда" или "загрязнение". Каждый исследователь, желающий быть современным, занимается экологией, но проблемы, которые интере­ суют биолога, по содержанию отличаются от проблем, рассматриваемых геофизиком, социологом, юристом или экономистом. Таким образом, каж­ дый специалист придает этому термину до такой степени различное значение, что неспециалисту становится трудно определить, что же та­ кое "экология"» [Агесс; 2, с. 4].

«...Экология — наука о биологических системах надорганизменного уровня...» [Наумов; 164, с. 8].

«...Экология — область биологической науки, изучающая живые системы в их взаимодействии со средой их обитания. Экологи исследу­ ют живые системы высших уровней биологической организации: от­ дельные организмы, популяции, социэты (группы особей одного вида), сообщества (системы популяций обычно многих видов) и экосистемы»

[Уиттекер; 249, с. 11].

«...Экология как наука о жизни природы переживает сейчас вторую молодость. Возникшая более 100 лет тому назад как учение о взаимо­ связи "организм — среда", экология на наших глазах трансформирова­ лась в науку о структуре природы, науку о том, как работает живой по­ кров Земли в его целостности. А так как работа живого все в большей степени определяется деятельностью человека, то наиболее прогрессив­ но мыслящие экологи видят будущее экологии в теории создания изме­ ненного мира. Экология на наших глазах становится теоретической ос­ новой поведения человека в природе» [Шварц; 274, с. 102].

«...Экология занимается изучением растений и животных как от­ дельных особей и как членов популяций и биологических сообществ в их взаимодействии с окружающей средой, ее физическими, химически­ ми и биологическими факторами... Экология стала настолько популяр­ ной, что под ее рубрику подводят все, что угодно: строительство очист­ ных сооружений, региональное планирование землепользования, вто­ ричную переработку бумаги и выращивание овощей на одних лишь ор­ ганических удобрениях. Вся эта деятельность, пусть необходимая, по большей части представляет собой просто попытки смягчить тот удар, который нанесет нам Природа своим приговором за наше вопиющее нарушение ее законов...» [Риклефс; 201, с. 9].

«...Объект исследования экологии — биосфера» [Вальтер; 30, с. 150].

«...Экология изучает совокупность живых организмов, взаимодейст­ вующих друг с другом и образующих с окружающей средой обитания некое единство (т.е. систему), в пределах которого осуществляется про­ цесс трансформации энергии и органического вещества» [Федоров, Гильманов; 253, с. 9].

«...Экологию следует рассматривать как биологическую науку, имею­ щую дело с тремя уровнями организации живых систем: организменным, популяционным и биоценотическим. Разделение этих уровней недопус­ тимо, так как генеральная роль живого вещества в биосфере определя­ ется их теснейшей функциональной взаимосвязью. Изучение биосферы в целом, включая исследование ее неживых компонентов и социальноэкономических процессов,— задача особой комплексной науки, форми­ рующейся в наши дни» [Шилов; 278, с. 5].

«...Под экологией понимается наука (или комплекс наук) о взаимо­ действии общества и природы...» [Философский словарь; 255, с. 556].

«...Задачи экологии — поставлять знания, необходимые для объяс­ нения наблюдаемого видового разнообразия экосистем и, в практиче­ ском отношении, для выработки стратегий регулирования состава со­ общества в конкретных природных и искусственных экосистемах» [Абросов, Боголюбов; 1, с. 8].

«...Под экологией традиционно понимается биологическое учение о взаимоотношениях организмов и их сообществ со средой. Такого рода организмоцентрическую экологию целесообразно более строго называть биоэкологией (курсив наш.— Г.Р., Ф.Р.), являющейся разделом биологии.

Ныне же экология выходит за пределы последней и выступает как наука о природных экосистемах, в которых интегрируются геосистемы и биосис­ темы как равноправные компоненты... Экология же с большой буквы объемлет не только естественные экосистемы, но и всю сферу взаимодей­ ствия природы и человечества» [Круть, Забелин; 126, с. 8].

«...Первоначально этот термин (экология.— Г.Р., Ф.Р.) применялся тогда, когда речь шла об изучении взаимосвязей между растительными и животными сообществами и окружающей средой. Но постепенно пришло понимание того, что и человек — его образ жизни, его судьба — так же неотделим от окружающей среды и составляет ее неотъемле­ мую часть. И его взаимоотношение с природой: воздействие на природу в процессе жизнедеятельности, прежде всего производственной дея­ тельности, и, конечно, обратное влияние оскудевающей природы на человека и развитие общества — все это должно стать предметом спе­ циального изучения. Так начала возникать "параллельная" наука — экология человека» [Моисеев; 158, с. 4].

«...Экология — биологическая дисциплина. Однако экологические и природоохранные задачи в настоящее время решаются преимуществен­ но инженерными и химико-технологическими методами. Поэтому эко­ логия представляет собой не только научную базу охраны природы, но и становится неотъемлемой частью технологических дисциплин»

[Стадницкий, Родионов; 238, с. 3].

«...Экология — старая наука биологического цикла — ныне переживает небывалый расцвет и приобретает все большую значимость, ибо становит­ ся одной из главных наук о биосфере — наукой о выживании, в частности — выживании человека в нынешней экологической обстановке... Можно сказать, что глобальная экология (экология человека) — это наука о взаимодействии трех систем: природы, человеческого общества и поро­ жденной им техники» [Шалимов; 271, с. 19].

«Когда в 1866 г. Э.Геккель впервые употребил слово "экология", обозначив им биологическую науку, он, наверное, не подозревал о том, что через сто с небольшим лет слово это, многократно повторенное га­ зетами и журналами всего мира (не говоря уже о других неведомых ра­ нее средствах массовой информации), станет своеобразным символом своего времени. Действительно, об экологии говорят сейчас буквально все, понимая под экологией в большинстве случаев любое взаимодейст­ вие человека и природы или ухудшение качества среды, вызванное его хозяйственной деятельностью» [Гиляров; 53, с. 5].

«...Экология:

1) часть биологии (биоэкология), изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) между собой и окружающей средой, включает экологию особей (аут(о)экология), популяций (популяционная экология, демэкология) и сообществ (синэкология);

2) дисциплина, изучающая общие законы функционирования экоси­ стем различного иерархического уровня;

3) комплексная наука, исследующая среду обитания живых существ (включая человека);

4) область знаний, рассматривающая некую совокупность предметов и явлений с точки зрения субъекта или объекта (как правило, жи­ вого или с учетом живого), принимаемого за центральный в этой совокупности (это может быть и промышленное предприятие);

5) исследование положения человека как вида и общества в целом в экосфере планеты, его связей с экологическими системами и меры воздействия на них» [Реймерс; 197, с. 592—593].

«...Существенное значение в этих взаимоотношениях (человека с ок­ ружающей средой.— Г.Р., Ф.Р.) имеют контакты экологии с социальной сферой, здравоохранением и образованием. Само понятие "экология", которое совсем еще недавно трактовалось как весьма ограниченное, при­ обретает в настоящее время чрезмерно широкие рамки. Возникла необхо­ димость обозначить эти рамки хотя бы в самой предварительной кон­ спективной форме путем перечисления основных направлений и задач, входящих в компетенцию экологии» [Соколов, Ильичев; 234, с. 3].

«...Но что такое экология? Наука? Общественное движение? Пар­ тия "зеленых"? Инстинкт самосохранения? Мистическое учение об апокалипсисе? Не будем совершенно исключать из этого понятия ни того, ни другого, ни третьего — пусть все, что может в нем соединиться, со­ единяется, ведь разделение наших знаний о жизни на бесконечное число наук и саму нашу жизнь тоже размежевано на отдельные, изолированные друг от друга части. Но, требуя глубоких специальных знаний, экология — не только знание, но и сознание, доступное каждому. Она — сама совре­ менность и злободневность всех злободневностей» [Залыгин; 87, с. 5].

«...Экология представляет собой изучение баланса» [Gore, 316; 58, с. 18].

«...Основным объектом экологии является экосистема — совокупность живых организмов (животных, растений, микроорганизмов) и среды их обитания. Кроме того, экология изучает и группы организмов одного вида, входящие в экосистемы,— популяции и отношение к среде отдельных ор­ ганизмов... Экология — это комплекс наук... В центре "экологического цветка" находится общая экология — наука о законах взаимоотношений организмов и условий среды. Лепестки цветка — это науки, посвященные конкретным объектам» [Миркин, Наумова; 151, с. 13—14].

«...Соответствующему термину (экология.— Г.Р., Ф.Р.) совсем не­ уютно в прокрустовом ложе расширяющегося представления об этой науке. Языковый Прокруст со взрывной силой тянет понятие "экология" в разные стороны и грозит разорвать его на части. Но терминологиче­ ский взрыв не происходит. Вместо него возникла путаница слов, поня­ тий и самого понимания что есть что. Казалось бы, должен проявиться эффект Вавилонской башни. Однако серьезного неудобства при этом не ощущается. Каждый вкладывает в термин свой объем понятия, индиви­ дуальные его оценки. Ситуация приблизительно такова: "моя" экология — это не "твоя" экология, но все же что-то сходное» [Реймерс; 198, с. 8]. Далее автор выделяет 62 «экологии», претендующие на статус са­ мостоятельных научных направлений; несколько позже В.И.Булатов [27] выделил 102 (!) «экологии».

«...Попробуем все же дать определение экологии. Их много, и боль­ шинство из них не исключает, а взаимодополняет друг друга. Я приведу несколько из них. Вы сможете остановиться на любом или дать свое, главное, чтобы вы смогли аргументировать свой выбор. Итак:

1. Экология — наука, изучающая отношения организмов, популя­ ций, биоценозов между собой и окружающей средой;

2. Наука, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня;

3. Наука, изучающая некую совокупность предметов или явлений с точ­ ки зрения субъекта или объекта, принимаемого за центральный в этой совокупности ("консорционное" определение.— Г.Р., Ф.Р.);

4. Словарь Уэбстера для студентов дает такое определение: пред­ мет экологии — это совокупность или структура связей между организмами и их средой обитания (это определение дает Ю.Одум.

5. Кребс: экология — научное познание взаимодействий, опреде­ ляющих распространение и численность организмов;

6. Маргалеф: предмет экологии — структура, функционирование и взаимодействие надорганизменных систем разного уровня орга­ Каждое из приведенных определений в большей или меньшей степени отражает различные стороны такого многообразного и динамичного по­ нятия, как "экология". Последнее из них, правда, имеет в настоящее время наибольшее признание и представляется самым удачным» [Симак; 230, с. 5—6].

«...Пора вспомнить, что экология — не часть биологии, а наука о взаимоотношении человеческого общества и среды его обитания (эко­ логия — "наука о доме", обратите внимание — даже не о "природе")...

Это социально-естественная наука, социально-биологическая, если хо­ тите» [Шубин; 284, с. 7, 13].

«...Слово "экология" приобрело в настоящее время огромную по­ пулярность, однако его значение в различных кругах воспринимается по-разному. Для ученых — это вполне определенный раздел науки, от­ носящейся к циклу биологических наук, в то время как в непрофессио­ нальной среде под экологией понимают нечто совсем другое — в луч­ шем случае изучение только гигиенических аспектов состояния окру­ жающей среды, а нередко и просто уровень ее техногенного загрязне­ ния» [Большаков и др.; 19, с. 165].

«...В настоящее время отмечается разнообразие толкования содер­ жания самого термина:

1) экология — одна из биологических наук, изучающая живые сис­ темы в их взаимодействии со средой обитания;

2) экология — комплексная наука, синтезирующая данные естест­ венных и общественных наук о природе и взаимодействии ее и 3) экология — особый общенаучный подход к исследованию про­ блем взаимодействия организмов, биосистем и среды (экологиче­ 4) экология — совокупность научных и практических проблем взаимоотношений человека и природы (экологические пробле­ «...Слово "экология" в последнее время стало очень модным. И сфера его применения существенно расширилась с того момента, когда Э.Геккель более ста лет тому назад предложил его для обозначения конкретного на­ учного направления, изучающего взаимоотношения животных и растений со средой их обитания... От понятия экологии как точки зрения (курсив наш.— Г.Р., Ф.Р.) следует отличать еще, по крайней мере, два случая упот­ ребления этого термина. Первое из них характерно для современной науки, в которой под экологией традиционно понимается раздел биологии...

Второй вариант употребления термина "экология" чаще встречается в трудах философов, географов и представителей других профессий, инте­ ресующихся соответствующей проблематикой. В этом случае имеют в виду некое синтетическое научное направление или совокупность науч­ ных направлений, изучающих проблему взаимоотношения человеческого общества со средой его обитания...» [Горелов; 59, с. 3—4].

«...Экологическая проблематика требует широкого философского ос­ мысления, создания новых этических концепций и, возможно, послужит толчком к возникновению новых религий и движителем формирования новых социальных систем. В экологии сложнейшие фундаментальные про­ блемы близко соседствуют с прикладными вопросами, которые необходи­ мо решить сегодня, сейчас. Все это заставляет говорить, что экология — более чем научная дисциплина, она представляет собой проблемно ориен­ тированную систему научных знаний» [Данилов-Данильян; 69, с. 6].

Развитие энвайронментологии (от англ. environmentology — биосферологии) в рамках биоэкологии имело далеко идущие последствия. Са­ мо понятие «экология» потеряло всякую определенность: уже не всегда можно определить, идет ли речь о собственно экологии (т.е. о биологи­ ческой науке), о загрязнении среды или об охране природы, об общест­ венно-политическом движении или о «духовном возрождении» — соз­ дании всеобщей религии и «космоморфологии».

Чтобы как-то упорядочить терминологическую путаницу, возьмем за основу следующую схему [216] (рис. 1.1):

Рис. 1.1. Подходы к толкованию термина «экология»

Таким образом, «...социоэкология — это интегральная междисцип­ линарная наука, изучающая закономерности взаимодействия общества и природы в пределах социоэкосистем различного иерархического уровня и разрабатывающая научные принципы гармонизации этого взаимодействия посредством рационального природопользования» [Бакинский; 13, с. 16].

Тогда экология воспринимается как теоретическая (биологическая) осно­ ва взаимодействия в системе «организм(ы) — среда»; рациональное при­ родопользование — как система эксплуатации природных ресурсов и условий в наиболее эффективном режиме, без резких изменений природно-ресурсного потенциала и сохранения здоровья людей; социальные аспекты проявляются в диапазоне от элементарной экологической без­ грамотности как руководителей всех уровней, так и всего населения, до восприятия биосферных процессов, исходя из идей ноосферы и концеп­ ции устойчивого развития. Во многом эти представления созвучны идеям Ю.Одума, высказанным в эпилоге его монографии «Экология»: «Когда "наука о доме" (экология) и наука о "ведении домашнего хозяйства" (эко­ номика) сольются и когда предмет этики расширит свои границы и вклю­ чит в себя наряду с ценностями, произведенными человеком, ценности, создаваемые окружающей средой, тогда мы на самом деле сможем стать оптимистами относительно будущего человечества» [176, т. 2, с. 247].

Смешение понятий «экология» и «энвайронментология» послужило также причиной низкой эффективности экологического образования в России, которое развивалось прежде всего как составляющая биологи­ ческой подготовки. Народному хозяйству прошлого века до середины 80-х гг. не нужны были экологи. Потребность в них, да и то ограничен­ ная, появилась лишь в последнее время в связи с созданием служб Гос­ комэкологии, «благополучно» ликвидированных на рубеже веков.

В результате специалисты-экологи так и не востребованы по сей день обществом. Обратной стороной такого экологического образования ста­ ла «девальвация» самой специальности эколога. Не случайно экологи­ ческое движение конца 80-х гг. прошлого века формировалось в основ­ ном как эмоциональный всплеск «экологистов» (по определению Н.Ф.Реймерса); можно говорить даже о становлении «эмоциональной экологии». Сегодня «зеленое движение» в нашей стране переживает пе­ риод своей самой низкой активности. Среди многочисленных причин сложившейся ситуации не последнее место занимает и необходимость развития самой экологической науки, подготовка высокопрофессио­ нальных экологов. Правда, в последнее время появилось достаточно много различных учебников и пособий по экологии, но все они страда­ ют одним общим недостатком: экология в этих книгах не представлена как комплексная биологическая научная дисциплина.

Данное учебное пособие — попытка его авторов восполнить этот пробел, объединить теорию и практику экологии. Поскольку многие по­ ложения современной экологии продолжают оставаться объектом доста­ точно острых дискуссий, в тексте излагается та точка зрения, которой придерживаются авторы (соответствующие ссылки направляют читате­ ля к другим точкам зрения). Подчеркнем, что объем экологической ли­ тературы огромен. Так, обзор В.И.Булатова [27], сделанный только по отечественным работам 1995—2000 гг., включает 1222 (!) публикации.

Поэтому в список рекомендуемой литературы (см. ниже) нами включе­ ны лишь наиболее важные и доступные для студентов издания. Осталь­ ные работы студент может отыскать самостоятельно, воспользовавшись обширными списками литературы, которые приводятся в большинстве монографий по экологии.

Нумерация рисунков и таблиц в тексте индексационная (например, рис. 2.3): первая цифра индекса (2) означает номер раздела, а вторая — порядковый номер (3) рисунка или таблицы в разделе.

Авторы выражают свою благодарность всем, кто оказал авторам не­ оценимую помощь в написании книги, и всем, кто принял активное уча­ стие в подготовке ее к изданию. Многие положения учебника обсужда­ лись с профессорами Башкирского университета (г.Уфа) Б.М.Миркиным и И.Ю.Усмановым, профессором Нижегородского госуниверситетаД.Б.Гелашвили, сотрудниками Института экологии Волжского бассейна РАН (г.Тольятти) профессорами В.Б.Голубом, И.А.Евлановым и В.И.Попченко, докторами биологических наук Г.П.Краснощековым и С.В.Саксоновым, доцентом Самарского государственного университета, кандидатом био­ логических наук Д.П.Мозговым, деканом естественно-географического факультета Нижневартовского государственного педагогического инсти­ тута, профессором, кандидатом биологических наук Г.Н.Гребенюк и до­ центом, кандидатом географических наук С.Н.Соколовым.

Наши особые слова благодарности за помощь в редактировании и оформлении рукописи — сотрудникам Института экологии Волжского бассейна РАН кандитату географических наук Е.В.Шапеевой, а также О.Л.Носковой, Н.В.Костиной и Н.Г.Лифиренко.

Бигон М., Харпер Док., Таунсенд К Экология: Особи, популяции, сооб­ щества: В 2 т. М., 1989. Т. 1. 667 с; Т. 2.477 с.

Гиляров A.M. Популяционная экология. М., 1990. 191 с.

Краснощекое Г.П., Розенберг Г.С. Экология «в законе»: (теоретические конструкции современной экологии в цитатах и афоризмах). Тольятти, 2002. 250 с.

Маргалеф Р. Облик биосферы. М, 1992.214 с.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Наука о растительности: (история и совре­ менное состояние основных концепций). Уфа, 1998.413 с.

Миркин Б.М., Розенберг Г.С, Наумова ЛГ. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии. М., 1989. 223 с.

Одум Ю. Основы экологии. М., 1975. 740 с.

Одум Ю. Экология: В 2 т. М., 1986. Т. 1.328 с; Т. 2. 376 с.

Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы.

СПб., 1998. 352 с.

Рамад Ф. Основы прикладной экологии: Воздействие человека на био­ сферу. Л., 1981. 543 с.

Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М., 1990. 637 с.

Реймерс Н.Ф. Экология: (теория, законы, правила, принципы и гипотезы).

М., 1994. 367 с.

Риклефс Р. Основы общей экологии. М., 1979. 424 с.

Розенберг Г.С, Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология: (элементы тео­ ретических конструкций современной экологии). Самара, 1999. 396 с.

Рянский Ф.Н. Социальная и этническая экология: региональный компо­ нент. Тюмень, 2003. 640 с.

Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М, 1980. 328 с.

Федоров В.Д., Гильманов Т.Г. Экология. М., 1980.464 с.

Христофорова Н.К. Основы экологии. Владивосток, 1999. 516 с.

Шилов И.А. Экология. М., 1998. 512 с.

Во многих древнейших трудах можно найти слова, как мы сказали бы сегодня, с глубоким экологическим и эволюционным смыслом: это «Тексты пирамид» эпохи первого Древнего царства в Египте (2500 лет до н.э.), аккадская мифология Древнего Вавилона («Когда бог Ану соз­ дал небо, небо создало землю, земля создала каналы, каналы создали ил,— ил создал червя»), «Одиссея» Гомера, древнекитайская книга «Гуан-цзы», эпические поэмы Древней Индии «Махабхарата» и «Рамаяна»

(в которых описан образ жизни и местообитание примерно 50 видов животных), труды древнегреческих философов Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена, Гераклита.

Поэтому нижеприведенный вариант «Календаря экологических собы­ тий» мы начинаем с трудов Эмпедокла, который одним из первых «осоз­ нанно» рассмотрел взаимосвязь растений со средой, что можно рассмат­ ривать как первый пример экологического исследования. И здесь вполне уместно процитировать Бертрана Рассела [194, с. 31] — одного из круп­ нейших математиков, философов XX века, Нобелевского лауреата:

«Расцвет греческой цивилизации, которая породила этот взрыв интел­ лектуальной активности,— одно из самых захватывающих событий в истории. Ничего подобного не происходило ни до, ни после этого. За короткий отрезок времени — в два века — в области искусства, литера­ туры, науки-и философии греки явили на свет изумляющий поток ше­ девров, установивших основные стандарты для западной цивилизации».

Добавим — и для экологии.

* В данном разделе воспроизводится сокращенный вариант «Календаря экологических событий» (табл. 1.1), представленный в статье Г.С.Розенберга, опубликованной в 1992 г. в № 4 журнала «Экология» [208], и в изданных ранее учебных пособиях Г.С.Розенберга — одного из их авторов [216; 217]. Первый вариант «Календаря» получил положительную оценку большого числа эколо­ гов, в последующих вариантах были учтены некоторые замечания и дополне­ ния, сделанные академиком Л.П.Горчаковским (Институт экологии растений и животных РАН, г.Екатеринбург), профессорами А.М.Гиляровым (Московский университет), В.В.Мазингом (Тартуский университет) и Б.М.Миркиным (Баш­ кирский университет). Следует отметить и учебное пособие одного из крупней­ ших геоботаников и экологов нашей страны профессора МГУ Т.А.Работнова «История фитоценологии» [186], способствовавшее уточнению целого ряда «деталей» более поздних вариантов «Календаря». В «Календаре» преобладают указания на работы отечественных экологов (из-за чего он в известной степени носит субъективный характер), однако в нем нашли отражение практически все наиболее важные для развития экологии события (правда, не все они «равнове­ лики» по своей значимости).

ПЕРВЫЙ ПЕРИОД

490—430 гг.

(годы жизни) 460—377 гг. из Косса, (годы жизни) Греция 460—370 гг.

(годы жизни) 428—348 гг.

Афинский, щества разными способностями, «...некото­ (годы жизни) 384—322 гг.

(годы жизни) 370—285 гг. (Феофраст) до н.э. Эрезийский, (годы жизни) 116—27 гг.

(годы жизни) 4—65 гг. н.э.

(годы жизни) 23—79 гг.

(годы жизни) 160—220 гг.

(годы жизни) 1452—1519 гг. и разлагаясь...». В своих естественно-науч­ (годы жизни) ных произведениях титан Возрождения дал 12 октября Колумб X., 1499 гг. Португалия Годы Автор, страна 1519— 1522 гг. Магеллан 1542 г. Германия 1620 г.

Менцель X., Предложил понятие «география растений».

1670 г.

де Турнеее с горизонтальной зональностью расти­ 1700 г.

Россия ском госпитале и Медико-хирургической школе 1706 г.

1713 г.

Годы Автор, страна 1714 г.

1715 г.

1734 г.

1744 г.

1749 г.

де Бюфянием среды и идею единства расти­ 1749 г.

Лепехин И.И., Академии наук адъюнкта Ивана Лепехи­ 1771 г.

1773 г.

Годы Автор, страна 1777 г.

Болотов А.Т., о различии их» разработал экологическую 1780 г.

1791 гг.

1786 г.

1792 г.

1792 г.

1794 г.

1798 г.

Годы Автор, страна 1802 г.

1805 г.

1809 г.

Скоу Й.Ф., ний» произвел первое ботанико-геограг.

1824 г.

1830— 1833 гг. Англия 1832 г.

1835 г.

1836 г.

Годы 1837 г.

Морран Ш., Закрепил термин «фенология» за учением о 1840 г.

1840 г.

Германия мулировал закон минимума (лимитирую­ 1841 г.

Гумбольдт А., В труде «Космос» (в 5 т.) заложил основы бо­ 1845 г.

Германия танической географии и ландшафтоведения.

1852 г.

1854 г. Сент-Илер И., 1854 г.

Северцов Н.А., «Периодические явления в жизни зверей, 1855 г.

1855 г. Франция — 1859 г.

1859 г. Россия ское Императорское энтомологическое об­ МидденСибири» (в 2 т.) стала итогом экспедиций 1860 г.

1862 г.

1863 г.

1863 г.

1863 г.

1864 г.

1866 г.

14 сентября Германия «экология»: а...биология смешивается с эко­

ВТОРОЙ ПЕРИОД

1 марта 1872 г.

нии у растений разных типов эколого-ценотических стратегий, различив виды-«капиМак-Лиод Дж., Годы Автор, страна 1887 г.

1892 г.

1894 г.

Кихнер О., (в 1910 г. это предложение было закреплено 1896 г.

Германия, решением III Международного ботаничес­ 1899 г.

Кеппен В.П., Предложил понятие «биоклиматология» и Россия, развил основы этого научного направления.

1900 г.

1902 г.

Иогансен В.Л., Заимствовал из демографии и ввел в эколо­ 1903 г.

Митчеротредактировал концепцию, которая получила 29 декабря Годы Автор, страна 1911г.

1912 г.

1912 г.

1913 г. Англия 1913 г.

Бланке Ж., от первых букв Института в г.Монпелье 1913 г.

Швейцария (Франция), в котором работал Ж.БраунФранция Бланке (Station Internationale de Geobotanique Mediterraneenne of Alpine — Между­ 1915 г.

1915 г.

1915 г.

Россия, СССР лил основные признаки растительного сооб­ декабря 1915 г.

4 июня 1920 г. Вавилов Н.И., но-азиатский, средиземнозорский, абиссинийский, центрально-американский, андийский).

1925 г. Англия Вернад­ ставления о планетарной геохимической паразитов от образа жизни животныххозяев» теоретически обосновал новое 1927 г.

1927 г.

Элтон Ч., кон «пирамиды чисел», ввел понятия «цепи 1927 г.

1927 г.

Годы Автор, страна 1928 г. шев В.Н., 1928 г.

Кашкаров Д.Н., влиянием одних и тех же физических усло­ Станчин- вий, комплекс, в котором число особей зави­ 1929 г.

ский В.В., сит от физических условий жизни биотопа и нологии». Редакторы-основатели — В.В.Станчинский, М.Л.Левин, Б.А.Келлер (вышел Станчиннях и пирамиде энергий, которые позже 1931 г.

1932 г.

13— января 1934 г.

ТРЕТИЙ ПЕРИОД

«Введение в комплексное почвенно-геоРаменботаническое исследование земель» — 1938 г.

1939 г.

1939 г.

1940, 1950, 1954, 1962, СССР 1973 гг.

1940 г.

1942 г.

1944 г.

Гиляров М.С., «Особенности почвы как среды обитания 1949 г.

Беклеми­ это понятие независимо от Беклемишева В.Н.

шев В.Н., предложил Л.Г.Раменский). Большой вклад 1951 г.

Маргалеф Р., экологического разнообразия и стабильно­ 1951 г.

Испания сти экосистем; впоследствии развил пред­ 1952 г.

1953 г.

1954 г.

1954 г.

1954 г.

Раменский Л.Г., ные оценки отношения видов растений к Цаценкин И.А., факторам среды), которые являются хоро­ Чижиков О.Н., шим источником знаний об экологии видов 1956 г.

Годы Автор, страна 1958 г. Формозов А.Н., 1959 г.

1961 г.

1961 г.

1962 г.

1963 г.

1963 г.

1964 г. Англия 1964 г.

1964 г.

шев В.Н., жизни» рассмотрел возможности системного 1964 г.

Родин Л.Е., логический круговорот зольных элементов и Базилевич Н.И., азота в основных типах растительности зем­ 1965 г.

1967 г.

1967 г. СССР АН СССР им. А.Н.Северцова (г.Москва;

ЧЕТВЕРТЫЙ ПЕРИОД

5 июня 1972 г.

Годы 1973 г.

Уиттекер Р., «Сообщества и экосистемы» (рус. пер., 1975 г.

Будыко М.И., В труде «Глобальная экология» заложены 1977 г.

Шилов И.А.. «Эколого-физиологические основы попуг.

1978 г.

Свиренаиболее полное изложение проблем 1978 г.

Логофет Д.О., математической экологии.

1978 г.

1978 г.

1979г. ГраймДж., 1979 г.

ВИНИТИ — Всесоюзный институт научной и технической информации.

Годы Автор, страна 1980 г.

Гильманов Т.Г., темное и модельное представление об эко­ 1980 г.

1981 г.

Крапивин В.Ф., «Математическое моделирование гло­ 1982 г.

1983 г.

1983 г.

1984 г.

1985 г.

1985 г.

ПЯТЫЙ ПЕРИОД

Бигон М., «Экология: Особи, популяции, сообщест­ 1986 г. Таунсенд К., 27 августа 1986 г.

Яблоков А.В., «Популяционная биология».

1987 г.

(председатель «Наше общее будущее» (рус. пер., 1989) 1987 г.

отв. редактор), рования концепции устойчивого развития 1988 г.

1988 г.

Чернова Н.М., «Экология» — один из наиболее удачных Миркин Б.М., «Словарь понятий и терминов современ­ Розенберг Г.С., ной фитоценологии» (содержит более 1989 г.

Наумова Л.Г., терминов и понятий по геоботанике и эко­ ноябрь 1989 г.

июнь 1992 г.

4-5 июня 1 апреля 1997 г. гср Дж.Э., среды» — книга о становлении американ­ 17 мая 2000 г. Россия * В действительности Первый Всероссийский съезд по охране природы со­ стоялся в г.Москве 23 сентября 1929 г. (см. выше).

В этом разделе предлагается вариант периодизации экологии. Безус­ ловно, непрерывный временной ряд можно «нарезать» на различные «куски», и эта периодизация, как и любая другая, будет субъективна.

Однако она представляется достаточно удобной, так как «привязана» к значимым для экологии датам и отражает смену в ней парадигм.

Первый период — с древнейших времен до 1866 г. (дано определе­ ние понятия «экология» и обоснование ее в качестве самостоятельной научной дисциплины). Это подготовительный период, период «наивной экологии», когда ее элементы появляются в трудах ботаников, зоологов и других естествоиспытателей. Характерная черта этого периода — отсут­ ствие собственного для экологии понятийного аппарата. Этот период за­ вершается определением понятия «экология», которое дал в 1866 г. не­ мецкий ученый Эрнст Геккель. Несколько позже Э.Геккель конкретизи­ ровал это понятие [Haeckel, 319, s. 365]: «...Под экологией мы подразуме­ ваем науку об экономии, о домашнем быте животных организмов. Она исследует общие отношения животных как к их неорганической, так и к органической среде, их дружественные и враждебные отношения к дру­ гим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые и непря­ мые контакты, или, одним словом, все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование. Эта экология... до сих пор представляла главную составную часть так назы­ ваемой естественной истории в обычном смысле слова».

Второй период — с 1866 г. по 1935 г. (дано определение поня­ тия «экосистема»). Это период формирования факториалъной эколо­ гии, вскрытие закономерностей отношения животных или растений к разнообразным абиотическим факторам. А.М.Гиляров называет этот период «аутэкологическим редукционизмом» [52, с. 96—103].

Третий период — с 1936 г. до начала 1970-х гг. Это период синэкологических исследований, когда на первый план вышло изуче­ ние взаимоотношений популяций в экосистемах. Основой методологии становится системный подход (правда, в своем детерминированном ва­ рианте: развитие математической экологии, разнообразие аналитиче­ ских и имитационных моделей экосистем). Основу исследований этого периода составляли семь положений:

• оформление экологии как фундаментально-теоретической дис­ циплины, • представление о преимущественном нахождении природы в рав­ новесии, • синэкологический подход, • примат конкурентных отношений, • малый «вес» эволюционных факторов в развитии экосистем, • стремление к классификации эволюционных факторов (т.е. пред­ ставление о дискретности экосистем), • превалирование детерминированных (строго функциональных) представлений о взаимосвязях компонент в экосистемах.

Четвертый период —с начала 1970-х до середины 1980-х гг.

В это время семи «тезам» третьего периода были противопоставлены соответствующие «антитезы»:

• трудности в выявлении каких-то общих законов развития сооб­ ществ, • постоянные нарушения равновесных состояний, • вновь возросший интерес к популяционным (демэкологическим) исследованиям, • отказ от конкуренции как от основного фактора формирования сооб­ щества, • изучение экосистем в их развитии (включая и эволюционные факторы), • превалирование концепции континуума над концепцией дискрет­ ности экосистем, • возросшая роль случайных факторов в объяснении структуры и динамики экосистем [Simberloff, 358].

Пятый период — последние 15—20 лет, когда наметилась тенденция объединения представлений детерминированно-популяционного второго периода, детерминированно-синэкологического третьего и стохастическо-популяционного четвертого периодов, что позволило говорить о начале становления истинно системного подхода к изуче­ нию экологических объектов. Наиболее удачным примером такого подхода может служить вышедшая в 1986 г. и переведенная на русский язык в 1989 г, книга М.Бигона с соавторами «Экология» [17].

Заметим, что включение в «Календарь» событий пятого этапа — за­ дача трудная и деликатная: для объективной оценки исторической роли той или иной работы в развитии экологии требуется некоторая вре­ менная дистанция. Поскольку авторам «Календаря» более доступными в то время были монографии только отечественных экологов, в «Календа­ ре» событий этого периода численно преобладают именно эти работы.

Границы обозначенных периодов весьма условны, и в недрах каждого из них появлялись работы, становившиеся «фундаментом» следующих периодов. Например, количественные исследования П.Жаккара, АЛотки и В.Вольтерра во втором периоде заложили основы математической эко­ логии третьего периода, исследования Л.Г.Раменского и Г.Глизона (вто­ рой период) «перекинули мостик» в период четвертый, Дж.Хатчинсон (третий период) выступил противником представлений о конкуренции как о ведущем факторе формирования сообщества, что окончательно оформилось в четвертом периоде, А.Уоллес на рубеже первого и второго периодов, КМёбиус, Дж.Гринелл и Ч.Элтон (второй период) развитием представлений о биоценозе и нише подготовили «синэкологичность»

третьего периода. Еще одна особенность данного варианта периодизации — это сокращение длительности периодов, что отражает общую законо­ мерность для наук, находящихся в процессе развития [248, с. 199].

Наконец, первые три периода можно объединить в рамках одного этапа, где превалировали детерминистские представления о структуре и динамике экологических объектов, последующие периоды — в этап стохастических представлений.

Данный «Календарь» и предложенная схема периодизации экологии заставляют рассматривать ее современное состояние (пятый период) как очень важный этап синтеза наиболее плодотворных идей всех предше­ ствующих периодов. А.М.Гиляров [52, с. 101] вслед за В.А.Энгельгардтом называет этот период интегративным (думается, можно гово­ рить и о становлении системной экологии именно в том качестве, в ка­ ком она понимается в следующих разделах).

1. Что такое «экология»?

а) традиционное определение экологии как биологической науки от Э.Геккеля;

б) современное представление об экологии как о социально-естественной науке.

2. Как понимают энвайроментологию (или социальную экологию) Г.С.Розенберг и Ф.Н.Рянский — авторы данного пособия?

3. Раскройте основное содержание:

а) первого периода развития экологии (от Древней Греции до Э.Геккеля);

б) второго периода — от перевода работы Э.Геккеля И.И.Мечниковым на рус­ ский язык до работ Г.Ф.Гаузе (СССР) и А.Тенсли (Англия);

в) третьего периода — от работ В.Р.Вильямса и Л.Г.Раменского (СССР) до работ Римского клуба и С.С.Шварца (СССР);

г) четвертого периода — от работ Ю.Одума (США) до работ Н.Н.Моисеева (СССР);

д) пятого периода — от работ А.В.Яблокова и доклада Международной комиссии по окружающей среде и развитию (Комиссии Г.Х.Брундтланд) до утверждения Указа № 440 «Концепция перехода России на путь устойчивого развития»;

е) тенденций нынешнего периода: от Указа Президента России о ликвида­ ции органов Госкомэкологии до Международной конференции по проблемам потепления климата в г.Москве в начале октября 2003 г.

Раздел 2. СИСТЕМНАЯ ЭКОЛОГИЯ Системная экология. Что такое «система»? Что такое «сложная система»? Основной объект экологии. Простые и сложные свойства экосистем. Основные принципы системологии. Объяснение и прогнозирование в экологии. О редукционизме и холистизме в экологии.

Система концепций современной экологии. Некоторые определения.

Сравнительный анализ теоретических понятий. Структура «ядра теории» (система концепций). Основные теоретические конструкции современной экологии Факториальная экология. Дэмэкология.

Динамика. Структура. Взаимодействие популяций. Экологические ниши Экологическое разнообразие. Экология сообществ (синэкология).

Структура сообществ (общие закономерности, континуум; частные, пространственные закономерности). Динамика сообществ (сукцессия, климакс, эволюция). Экология биосферы (энергетика, продуктивность) Изданная в 1971 г. и переведенная на русский язык в 1975 г. книга Юджина Одума «Основы экологии» [175] стала первой монофафической работой, в которой системный подход был поставлен «во главу угла» эко­ логии. В 1983 г. вышло в свет написанное с системных позиций двухтом­ ное издание работы Ю.Одума «Экология» [176], которое было переве­ дено на русский язык в 1986 г. Один из авторов настоящего учебного пособия — Г.С.Розенберг— в 1984 г. опубликовал монографию «Моде­ ли в фитоценологии» [205], в которой целая глава была посвящена опи­ санию методов системного анализа. Наконец, в первом издании пособия [216] и учебнике [217] изложение экологии также велось с использова­ нием методов системологии.

Отметим при этом, что системный подход не всеми экологами при­ знается базовым для экологии. Американский эколог Роберт Макинтош [Mcintosh, 343] называет системную экологию «браком под ружьем»

инженерии и экологии, а академик В.Е.Соколов [233, с. 5—9] отмечает:

«...иногда приходится читать о преимуществах системного подхода пе­ ред всеми другими способами научного исследования.., приходится констатировать, что системный подход — это предвзятый подход».

Б.М.Миркин и Л.Г.Наумова [152, с. 404] считают, что «...понятие "сис­ темный подход" сегодня изрядно затаскано и стало обыденным науч­ ным клише, которое уже приносит скорее вред, чем пользу».

Вообще говоря, системный подход не является строго методологиче­ ской концепцией, что отмечал еще в 1970 г. А.А.Ляпунов: этот подход выполняет эвристические функции, ориентируя конкретные экологиче­ ские исследования в двух основных направлениях:

• во-первых, его содержательные принципы позволяют фиксиро­ вать недостаточность старых, традиционных методов изучения экоси­ стем для постановки и решения новых задач целостного исследования этих экосистем;

• во-вторых, понятия и принципы конструктивного системного подхода (некоторые из них описаны далее, что существенным образом отличает этот подход от просто «терминологических изысков») помо­ гают создавать новые программы изучения, ориентированные на рас­ крытие сущности процессов трансформации энергии, передачи вещест­ ва и информации в экосистемах.

С середины XX века понятие «система» (от греч. systema — целое, составленное из частей) становится одним из ключевых философскометодологических и специально-научных понятий. Правда, это понятие в системологии сложилось еще не до конца, и многие авторы, трактуя его, вводят в определение свои критерии. Традиционным является сле­ дующее определение: система — совокупность элементов со связями между ними. Следует сразу оговорить относительность этого опреде­ ления. Так, элемент системы из-за иерархической структуры мира сам оказывается системой со своими элементами. Фиксация системы делит мир на две части — на систему и среду. При этом подчеркивается большая сила связей элементов внутри системы по сравнению с силой связей с элементами среды.

Однако это определение не является полным: согласно ему, в класс однотипных систем могут попасть значительно различающиеся объек­ ты. Приведем простой пример, заимствованный из работы Ю.А.Урманцева [251, с. 60]. Пусть элементами интересующей нас системы будут атомы углерода С и водорода Н, отношением, связывающим их, будет отношение химического сродства (это отношение отражает сущностные свойства химических элементов и не является надуманным). На этой основе можно построить систему углеводородов, в которую будут включены подсистемы предельных (метан, этан, пропан, бутан и т.д.) и непредельных углеводородов (метил, этил, пропил, бутил и т.д.). Тесно­ та связей между химическими элементами внутри этой системы будет отличаться от связей между, например, углеродом и кислородом (СН 2 и СO 2 ) или серой и кислородом (СН 2 и SO 2 ). Однако выделенная только по этим критериям группа углеводородов оказывается состоящей из двух самостоятельных систем с различными свойствами. Для их иден­ тификации совершенно необходимо задать еще один критерий, который ЮА.Урманцев [251] назвал законом композиции. Если указать один из законов (СnН2n+2 или С n Н 2 п ), то систему предельных или непредельных углеводородов можно выделить однозначно.

Аналогичный пример можно найти и в экологических (геоботаниче­ ских) работах. Так, рассматривая классификацию степной растительно­ сти Урало-Илекского междуречья [60], построенную на доминантной основе, нетрудно увидеть, что сообщества со сходным флористическим составом (Роа stepposa, Helictotrichon desertorum, Stipa zalesskii, Phleum phlejides, Anemone sylvestris и пр.) и, по-видимому, с достаточно сход­ ным взаимодействием видов отнесены не только к разным ассоциациям, но и к разным формациям (овсецево-степномятликовая и степномятликово-залесскоковыльковая) по доминированию в сообществе того или иного вида. В данном случае «доминирование» и выступает в качестве закона композиции, что позволяет авторам выделить и ограничить раз­ личные системы растительных сообществ. Выбор другого закона ком­ позиции (например, флористических критериев в духе школы БраунБланке) даст возможность объединить те же объекты в другую систему.

Таким образом, знание законов композиции при определении системы играет очень важную роль, особенно при построении тео­ рии данного класса систем. Формализация законов композиции спо­ собствует строгости и корректности при определении «более сильных»

отношений между элементами системы по сравнению с отношениями с другими элементами или системами.

Каждая система определяется некоторой структурой (элементы и взаимосвязи между ними) и поведением (изменение системы во времени).

Для системологии они являются такими же фундаментальными понятия­ ми, как «пространство» и «время» для физикализма (кстати, для послед­ него они являются изначально неопределяемыми понятиями). В системо­ логии под структурой понимается инвариантная во времени фикса­ ция связей между элементами системы, формализуемая, например, математическим понятием «графа». Под поведением системы пони­ мается ее функционирование во времени. Изменение структуры систе­ мы во времени можно рассматривать как ее сукцессию и эволюцию. Раз­ личают неформальную структуру системы (в качестве элементов кото­ рой фигурируют «первичные» элементы, вплоть до атомов) и формаль­ ную структуру (в качестве элементов этой структуры фигурируют сис­ темы нижестоящего иерархического уровня).

Сложность системы на «структурном уровне» задается числом ее элементов и связей между ними. Дать определение «сложности» в этом случае крайне трудно: исследователь сталкивается с так называемым «эффектом кучи» (один шар — не куча, два шара — не куча, три — не куча, а вот сто шаров — куча, девяносто девять — куча; так где же гра­ ница между «кучей» и «не кучей»?). Кроме того, относительность поня­ тия «структура» (деление на формальную и неформальную структуры) заставляет вообще отказаться от него при определении сложности сис­ темы. Определить, что такое «сложная система» на «поведенческом уровне» представляется более реалистичным.

Б.С.Флейшман [257] предложил пять принципов усложняющегося поведения систем (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Принципы усложняющегося поведения систем На первом уровне находятся системы, сложность поведения которых определяется только законами сохранения в рамках вещественно-энер­ гетического баланса (например, камень, лежащий на дороге); такие системы изучает классическая физика. Этот самый низкий уровень сложности сохраняется для всех систем, вплоть до систем высших уровней сложности, но уже не является для них определяющим.

На втором уровне располагаются системы с более сложным поведе­ нием. Они тоже состоят из вещества и энергии, и для них справедливы законы первого уровня, но их особенностью является наличие обратных связей, что и задает более сложное поведение (примером является ки­ бернетическая «мышь Шеннона», способная «находить» путь в лаби­ ринте); функционирование таких систем изучает кибернетика. Принцип гомеостаза сохраняется для всех систем, более сложных по поведению, чем автоматические системы второго уровня, но он уже не является для них определяющим.

Еще более сложным поведением обладают системы третьего уров­ ня: они состоят из вещества и энергии, обладают обратными связями, но их особенностью является способность «принимать решение», т.е.

способность осуществлять некоторый выбор (случайный, оптимальный или иной) из ряда вариантов поведения («стимул — реакция»). Так, Н.ГШаумов [163] показал, что возможен опосредованный через среду обитания обмен опытом между особями, поколениями одного вида и разными видами, т.е., по существу, обмен информацией.

Системы четвертого уровня выделяются по способности осуществ­ лять перспективную активность или проявлять опережающую реакцию («реакция — стимул»). Этот тип поведения возникает на уровне биосис­ тем, более сложных, чем простейшие биосистемы, но еще не таких, кото­ рые обладают интеллектом. Уровень их сложности должен превосходить уровень сложности среды, и они должны обладать достаточно мощной памятью (например, генетической). «Помня» исходы своих взаимодейст­ вий со средой до данного момента времени и «полагаясь» на то, что «зав­ тра будет примерно то же, что и сегодня», такие биосистемы могут зара­ нее подготовить свою реакцию на возможное будущее воздействие сре­ ды. Для особей этот принцип известен как эффект перспективной ак­ тивности [16], для популяций — как эффект преадаптации [50; 127].

В последнем случае хорошим примером может служить «колоколовидный» характер распределения численности популяции вдоль некоторого градиента среды: большая часть популяции, близкая к модальному клас­ су, «помнит» о типичных изменениях данного фактора, крайние (мало­ численные) классы — о более резких и значительных изменениях.

Наконец, высший (на сегодняшний день) — пятый — уровень сложности объединяет системы, связанные поведением интеллектуаль­ ных партнеров, основанные на рассуждениях типа «он думает, что я думаю» и т.д. (классический пример — шахматная партия и просчет соперниками возможных вариантов ее развития). По-видимому, непо­ средственно к экологии этот тип поведения не имеет отношения, но он становится определяющим при рациональном природопользовании и особенно при принятии во внимание социальных аспектов взаимодейст­ вия «Человек — Природа».

Системы, включающие в себя в качестве хотя бы одной подсис­ темы решающую систему (поведению которой присущ акт решения), будем называть сложными (системы 3—5-го уровней; такие системы изучает системология). Стремление системы достигнуть предпочтитель­ ного для нее состояния будем называть целенаправленным поведением, а это состояние — ее целью. Целями обладают лишь сложные системы.

Сложные системы, в отличие от простых, имеют большое число взаимосвязанных качеств. Поэтому аналитические модели отдельных их качеств неадекватны им, а имитационные модели достаточно большой совокупности их качеств сложны и недостаточно общи (в этой ситуации возникает вопрос: что же тогда можно считать законами системологии и, как следствие, экологии?).

Концепция экосистем по Ю.Одуму [175, 176] является главенст­ вующей в современной экологии — именно на изучении свойств струк­ туры и динамики экосистем должны быть сконцентрированы усилия экологов. Представляет интерес проанализировать ряд определений природных объектов, которые, по мнению исследователей, могут пре­ тендовать на роль основных изучаемых объектов в экологии.

Приведенные в таблице 2.1 структурные формулы* позволяют еди­ нообразно представить сравниваемые понятия: Pi — популяция i, В — биоценоз, Е — экотоп, S — некоторая область пространства, Ph — про­ странство в границах фитоценоза, R — характеризующие объект потоки энергии и вещества (кстати, существенную роль в организации и экоси­ стемы, и биогеоценоза будут играть и потоки информации) и, наконец, — знаки для описания взаимодействия, принадлежности, характеристики и объединения объектов.

Исходя из этого, легко увидеть различия между двумя главными претендующими на роль основного объекта экологии понятиями: эко­ система (сообщество) и биогеоценоз. Ясно, что группа взаимо­ действующих популяций Pi будет некоторой подсистемой системы био­ ценоза и экотопа (В Е) в одной и той же области S, т.е. что любое со­ общество является экосистемой.

Системы, претендующие на роль основного объекта экологии * Структурные формулы в данном контексте представляют собой символи­ ческую запись определений понятий «сообщество», «экосистема», «биогеоце­ ноз» с использованием некоторых математических символов и буквенных обо­ значений.

Более последователен в различии сообщества и экосистем Роберт Уиттекер [249], чья монография так и называется: «Сообщества и эко­ системы». Под сообществом он понимает «...живую систему взаимодей­ ствующих между собой видовых популяций» [249, с. 70], а «...градиент среды вкупе с соответствующим градиентом сообществ — это есть гра­ диент экосистемы» [249, с. 191].

Что касается понятий «экосистема» и «биогеоценоз», то лучше всего привести определение Е.М.Лавренко и Н.В.Дылиса [129, с. 159]: «Био­ геоценоз — это экосистема в границах фитоценоза», что полностью со­ ответствует структурным формулам при конкретизации пространства S площадью фитоценоза Ph. Т.А.Работнов [184, с. 49] отмечает, что «...основное различие между экосистемой и биогеоценозом в том, что экосистема — безразмерное образование, а биогеоценоз — хорологиче­ ская единица, имеющая определенные границы». Нетрудно привести пример экосистемы, которая не является биогеоценозом: кабина пило­ тируемого космического корабля.

Приведенное в таблице 2.1 определение понятия «биогеоценоз» яв­ ляется уточненным по отношению к исходному понятию, предложен­ ному В.Н.Сукачевым [241]. Еще одно определение, «сужающее» рамки исходного понятия путем уточнения границ биогеоценоза, было пред­ ложено Н.В.Тимофеевым-Ресовским и А.Н.Тюрюкановым [246]: био­ геоценоз ограничен не только фитоценозом, но и должен быть одноро­ ден по почвенно-геохимическим, микроклиматическим и геоморфоло­ гическим параметрам, т.е. среда S в этом случае задается пересечением однородных участков растительности (Ph), почвы (So), климата (Cl) и геоморфологии (G):

Понятно, что в этом случае площадь биогеоценоза будет меньше (или, в крайнем случае, равна) площади биогеоценоза по Сукачеву.

Подводя итог этому краткому сравнению, отметим, что все рассмот­ ренные объекты являются системами взаимодействующих биоценотических и экотопических составляющих, а различия наблюдаются лишь в определении границ этих систем в природе. Конкретизация границ экоси­ стемы во многом зависит от целей исследования (вплоть до выделения групп сопряженных видов для анализа их взаимодействия в рамках моде­ лей Лотки — Вольтерра или при построении флористической классифи­ кации растительности). С другой стороны, точное задание границ, напри­ мер, биогеоценоза, подразумевает разделение непрерывного по своей природе пространства экоценотических факторов на своеобразные дис­ кретные «соты», что отражает организменные аналогии в противовес со­ временным континуальным представлениям об экологических объектах.

Все это заставляет рассматривать понятие «экосистема» в опре­ делении Ю.Одума как основной объект экологического исследова­ ния. И теоретически, и операционально можно определить только ниж­ нюю границу экосистемы: ее масштаб задается основной функцией — биогенным круговоротом вещества, сопровождаемым потоками энергии и информации. Биом (ландшафтная зона) или биосфера в целом также выполняют ту же функцию, поэтому верхняя граница экосистемы уста­ навливается условно. В свою очередь, понятием «экосистема» задается верхняя граница по градиенту объектов экологии: особь — популяция — экосистема (соответственно, экология как наука подразделяется на аутэкологию, демэкологию и синэкологию).

2.4. Простые и сложные свойства экосистем Важное следствие системного подхода к изучению экологических феноменов — различение простых и сложных свойств экосистем.

В системологии под целостными (сложными) параметрами понима­ ют такие характеристики, которые присущи целой системе, но либо от­ сутствуют у составляющих ее элементов, либо имеются и у элементов, и у системы в целом, но невыводимы для последней из значения ее эле­ ментов. Это и есть принцип эмерджентности [197], важную роль ко­ торого в экологии особо подчеркивает Ю.Одум [176, с. 17]: «...принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен слу­ жить первой рабочей заповедью экологов». К сожалению, собственно сложные параметры экосистем анализируются нечасто, исключение составляет анализ устойчивости [см. обзор: 227] и живучести экосистем [121; 258]. Основное внимание экологов сконцентрировано на энергети­ ческих аспектах функционирования экосистем.

Энергетические концепции в современной экологии занимают гла­ венствующее положение. При этом энергетический подход сводится к детализации физических законов сохранения вещества и энергии в форме балансовых соотношений, т.е. в аддитивной форме, и, следова­ тельно, служит для характеристики простых свойств сложных сис­ тем (совокупных свойств). Для этих целей действительно плодотвор­ ным является язык, например, дифференциальных уравнений, с помо­ щью которого в основном и создаются многочисленные математиче­ ские модели экосистем. Для построения теории простых параметров такой подход является не только необходимым, но и достаточным, а вот для исследования сложных параметров такие рассмотрения, буду­ чи необходимыми, явно недостаточны. Так, например, биомассу неко­ торого растительного сообщества (совокупное свойство) можно узнать путем взвешивания и суммирования веса каждого растения. Однако, как справедливо подчеркивает К.А.Куркин [128], знание биологиче­ ской продуктивности хотя и представляет известный интерес, не со­ держит полной информации об интегральных качествах (например, замкнутости или целостности растительного сообщества). Таким обра­ зом, в противоположность оценке вещественно-энергетических пара­ метров (простых характеристик экосистем) системный подход ориен­ тирует на исследование сложных (функциональных) характеристик.

С этих позиций проясняется роль теоретических построений в эко­ логии. Законы теоретической экологии должны быть направлены на вскрытие именно отношений между экосистемами и слагающи­ ми их компонентами, с одной стороны, и их целостными характери­ стиками — с другой. Иными словами, должны быть получены ответы на такие вопросы: какие экосистемы обладают теми или иными целост­ ными характеристиками и какие целостные свойства присущи экологи­ ческим объектам (например, для растительного сообщества такими це­ лостными характеристиками будут устойчивость, сложность, непрерыв­ ность, а такая характеристика, как замкнутость, имеется у фитоценоза и отсутствует у пионерной группировки). Наконец, множество отношений между экологическими объектами определяет многообразие экологиче­ ских явлений и процессов (например, непрерывный характер изменения растительности в пространстве и во времени).

Таким образом, роль системного подхода в создании экологической теории сводится к заданию «полного списка» экосистем (множество I), их целостных характеристик (множество II) и построению формализо­ ванных отношений (законов) как между этими двумя множествами, так и между элементами первого из них. Сложные системы, в отличие от простых, имеют большое число существенно взаимосвязанных качеств, и потому сама категория «закона» для системологии отличается от таковой для теории простых систем. Прежде чем рассмотреть эти различия, сформулируем основные принципы системологии.

2.5. Основные принципы системологии Среди принципов системологии можно выделить несколько основ­ ных [259; 205].

Принцип иерархической организации (или принцип интегративных уровней; [175]) позволяет соподчинить друг другу как естественные, так и искусственные системы. На рис. 2.2 иерархическая организация сис­ тем представлена достаточно условно (например, такой объект, как поч­ ва, должен рассматриваться в виде объединения объектов иерархий А, В и С, а промыслово-хозяйственные системы — как объединение объек­ тов иерархий С, D и Е). Несмотря на это, принцип иерархической орга­ низации оказывается весьма полезным при изучении сложных систем (ниже будет рассмотрен еще один связанный с этим принцип — прин­ цип рекуррентного объяснения).

На примере этого принципа хорошо иллюстрируются отказ от ре­ дукционизма как методологии изучения сложных систем и возмож­ ность использования редукции как метода (схема иерархической ор­ ганизации мира основана на редукции; более подробно соотношение редукционизма и холистизма рассмотрено в разделе 2.7).

Принцип несовместимости Лотфи Заде [86]: чем глубже анализи­ руется реальная сложная система, тем менее определенны наши сужде­ ния о ее поведении. Иными словами, сложность системы и точность, с которой ее можно анализировать, связаны обратной зависимостью:

«...исследователь постоянно находится между Сциллой усложненности и Харибдой недостоверности. С одной стороны, построенная им модель должна быть простой в математическом отношении, чтобы ее можно было исследовать имеющимися средствами. С другой стороны, в ре­ зультате всех упрощений она не должна утратить и "рациональное зер­ но", существо проблемы» [221, с. 28].

Принцип контринтуитивного поведения Джея Форрестера [261]:

дать удовлетворительный прогноз поведения сложной системы на дос­ таточно большой промежуток времени, опираясь только на собственный опыт и интуицию, практически невозможно. Это связано с тем, что на­ ша интуиция «воспитана» на общении с простыми системами, где связи элементов практически всегда удается проследить. Контринтуитивность поведения сложной системы состоит в том, что она реагирует на воз­ действие совсем иным образом, чем это нами ожидалось.

Остальные принципы относятся к моделям сложных систем и со­ ставляют основу конструктивной системологии.

Рис. 2.2. Иерархическая организация систем (пунктиром отмечена часть биологической иерархии, исследуемая экологией) Принцип множественности моделей Налимова [161]: для объясне­ ния и предсказания структуры и (или) поведения сложной системы воз­ можно построение нескольких моделей, имеющих одинаковое право на существование (более подробно этот принцип обсуждается в разделе 2.6).

Проиллюстрируем этот принцип примерами. Первый из них заимст­ вован из монографии А.М.Гилярова [54, с. 18—19] и демонстрирует различие механизмов явления, которые могут быть положены в основу построения моделей. На вопрос, почему соловей (Luscinia luscinid), как и большинство других насекомоядных птиц, гнездящихся в умеренной зоне, осенью улетает на юг, можно дать четыре (не исключающих друг друга) ответа:

• потому что не способен найти зимой достаточного для своего пропитания количества насекомых (условно назовем такой ответ эколо­ гическим);

• потому что такие же перелеты совершали его предки; миграци­ онное поведение этих птиц есть результат заложенной в них генетиче­ ской программы {генетический ответ);

• организм соловья реагирует на сокращение светлого времени су­ ток рядом физиологических изменений, в результате чего возникает предмиграционное беспокойство и готовность к началу перелета (физиолого-генетический ответ);

• отлет соловьев в данной местности и в конкретный год начинается потому, что резкое похолодание накануне стимулирует дополнительное повышение миграционной активности (физиолого-экологический ответ).

Каждому из этих механизмов можно поставить в соответствие опре­ деленную модель, и тогда один процесс (отлет соловьев на юг) будет описан несколькими моделями.

Второй и третий примеры заимствованы из работ П.М.Брусиловского [22, 24]. Динамика и прогноз среднегодовой численности во­ дорослей Melosira baicalensis в озере Байкал описываются (различие методов моделирования):

• разными типами имитационных моделей [97; 76; 146; 9];

• самоорганизующейся моделью метода группового учета аргумен­ тов [93; 24];

• с помощью эволюционного моделирования [23];

• с помощью процедуры «модельного штурма» [25].

Третий пример демонстрирует различие целей моделирования од­ ного и того же экологического процесса. Пусть имеет место динамика численности популяции некоторого грызуна (например, обыкновенной полевки Microtus arvalis). Эта динамика представляет интерес для раз­ ных специалистов, которые при построении моделей будут пользовать­ ся различной (как априорной, так и апостериорной) информацией. Све­ дения о динамике численности популяции того или иного грызуна мож­ но найти в различных исследованиях:

• в фундаментальных исследованиях академического ученого, направ­ ленных на вскрытие генетико-экологических механизмов динамики по­ пуляции (полевка — традиционный объект рассмотрения в таких работах);

• в исследованиях специалистов сельского хозяйства, для которых по­ пуляция грызунов является вредителем зерновых культур и которым с по­ мощью моделирования необходимо предсказать вспышки численности популяции и дать рекомендации по проведению защитных мероприятий;

• в исследованиях специалистов-гигиенистов, для которых популяция грызунов является возможным источником возникновения эпизоотий.

Таким образом, для достижения этих целей можно построить множе­ ство различных моделей (различных как по используемой информации, так и по методам построения): имитационную [82], вербальную [66; 230], ста­ тистическую методом главных компонент [83] и др.

Принцип осуществимости Флейшмана [257, 258] позволяет отли­ чить модели сложных систем от обычных математических моделей. Ма­ тематические модели требуют только указания необходимых и достаточ­ ных условий существования решения (логическая непротиворечивость:

что есть на самом деле?). Модели конструктивной математики дополни­ тельно к этому требуют указания алгоритма нахождения этого решения (например, путем полного перебора всех возможных ситуаций; как надо это сделать?). Системология рассматривает только те модели, для кото­ рых этот алгоритм осуществим, т.е. когда решение может быть найдено с заданной вероятностью ро за время to (ро, to [осуществимость]. Таким об­ разом, имеется в виду преодоление сложности или ответ на вопрос: что мы можем сделать?). Иными словами, принцип осуществимости может быть сформулирован следующим образом: мы не надеемся на везение, и у нас мало времени.

Принцип формирования законов: постулируются осуществимые модели, а из них в виде теорем выводятся законы сложных систем. При этом законы касаются имеющих место или будущих естественных и искусственных систем. Законы могут объяснить структуру и поведение первых и индуцировать построение вторых. Таким образом, законы Системологии носят дедуктивный характер, и никакие реальные явления не могут опровергнуть или подтвердить их справедли­ вость. Последнее утверждение следует понимать так [258, с. 21]: несо­ ответствие между экспериментом над реальной сложной системой и законом может свидетельствовать лишь о несоответствии реальной сис­ темы тому классу осуществимых моделей, для которых выведен закон; с другой стороны, соответствие эксперимента закону никак не связано с его подтверждением (он в этом не нуждается, будучи дедуктивным) и позволяет оставаться исследователю в рамках принятых при выводе закона допущений и гипотез.

Принцип рекуррентного объяснения: свойства систем данного уровня иерархической организации мира выводятся в виде теорем (объ­ ясняются), исходя из постулируемых свойств элементов этой системы (т.е. систем непосредственно нижестоящего уровня иерархии) и связей между ними. Например, для вывода свойств экосистемы (биоценоза) постулируются свойства и связи популяций, для вывода свойств попу­ ляций — свойства и связи особей и т.д.

Принцип минимаксного построения моделей: теория должна со­ стоять из простых моделей (min) систем нарастающей сложности (max).

Другими словами, формальная сложность модели (например, число описывающих ее уравнений) не должна соответствовать неформальной сложности системы (принципы усложняющегося поведения; см. раз­ дел 2.2). Отсюда следует, что грубая модель более сложной системы (например, модель динамики биоценоза из двух взаимодействующих популяций Лотки — Вольтерра) может оказаться проще более точной модели более простой системы (например, модель энергетического ба­ ланса особи; [262]). Этот принцип рассматривается как аналог принци­ па «бритвы Оккама»*.

2.6. Объяснение и прогнозирование в экологии Любая естественно-научная теория выполняет несколько функций, среди которых наиболее важными являются функции объяснения и предсказания наблюдаемых феноменов в исследуемом классе систем.

При этом соотношение объяснения и прогнозирования при системном исследовании сложных экологических объектов практически всегда вызывает дискуссии и часто недопонимается экологами-практиками.

Аналитическим моделям «приписываются» функции прогнозирования, а имитационным — функции объяснения. Поэтому рассмотрим вкратце функции объяснения и предсказания при анализе сложных систем.

При исследовании простых систем (например, в классической физике) функции объяснения и предсказания совмещаются в рамках одного зако­ на. Так, одним из явлений, которые получили объяснение в законе все­ мирного тяготения Исаака Ньютона, было явление приливов и отливов на Земле, а предсказанием — анализ движения Луны, связанный с падением тел на Землю. Для сложных свойств сложных систем нельзя ожидать аналогичного успеха: одна модель (один закон) будет не в состоянии од­ новременно удовлетворительно выполнять как объяснительную, так и предсказательную функции [258; 205]. Иллюстрацией этому положению может служить следующий пример. И.Ной-Меир [Noy-Meir, 346] постро­ ил простую аналитическую модель сезонного роста общей фитомассы растительного сообщества, используемого в качестве пастбища:

где dy/dt — скорость накопления фитомассы у; G(y) — скорость роста этой фитомассы (описывается логистической кривой); С(у) — скорость ее поедания консументами (задается функцией с насыщением Михаэлиса * Принцип «бритвы Оккама», известный в науке еще и как принцип береж­ ливости, принцип простоты или принцип лаконичности мышления, был сфор­ мулирован в XIV веке английским философом Уильямом Оккамом в следую­ щем виде: не следует делать посредством большего то, что можно достичь по­ средством меньшего (frustra fit plura, quod fieri potest pauciora).

- Ментена). Таким образом, эта модель представляет собой простое балансовое соотношение, а ее анализ позволяет объяснить ряд наблю­ даемых эффектов (например, поедаемость фитомассы только до некото­ рых пределов, влияние плотности животных на пастбище на устойчи­ вость этой системы и пр.). Модель очень проста и позволяет легко про­ следить причинно-следственные связи элементов системы, т.е. получить удовлетворительное объяснение ее функционирования через малое чис­ ло достаточно правдоподобных гипотез.

Прогностические способности модели Ной-Меира, даже при весьма точном определении ее коэффициентов (хотя среди них есть такие, «по­ добраться» к которым очень сложно,— например, максимальная ско­ рость потребления фитомассы животными), будут низкими. Очевидность этого вытекает из факта сознательного упрощения данной экосистемы с тем, чтобы объяснить взаимодействие в подсистеме «растительное сообщество — травоядные животные» (не учитывается влияние на рас­ тительность факторов окружающей среды, погодных условий, хозяйст­ венной деятельности человека и т.д.). Учет новых факторов значительно усложнит модель и переведет ее в ранг имитации (в частности, имита­ ционная модель растительности, используемой под пастбище, была предложена Дэвидом Гудолом в 1967 г.), которая обладает хорошей прогностической способностью, но по которой сложно (или даже не­ возможно) проследить причинно-следственные связи с целью объясне­ ния в силу сложности самой модели.

Рассмотрим теперь логическую структуру научного объяснения и предсказания. Процесс объяснения заключается в том, что некоторые явления или свойства сложных систем (известные или вновь открытые) пытаются подвести под заранее установленные и принятые в данной теории законы и гипотезы (дедуктивное объяснение). Если это не уда­ ется, то необходимо либо дополнять существующую теорию новым за­ коном или гипотезой, либо отказаться от этой теории и создавать дру­ гую. Кроме дедуктивного объяснения, выделяют методы индуктивного объяснения, связанные с выдвижением статистических гипотез и полу­ чением статистических описаний для объясняемого явления. В этот класс следует отнести методы экстраполяции, адаптивных оценок и аналогий. Каждый из этих подходов имеет свои субъективные особен­ ности. Так, например, главным моментом при использовании метода аналогий выступает сам подбор объекта-аналога (сходная или близкая структурно-функциональная организация объекта и, соответственно, сходная реакция на внешние воздействия; в частности, Ю.З.Кулагин [127] предлагал приравнивать сольфатарные поля вулканов промыш­ ленным площадкам, каменистые горные крутосклоны и осыпи — отва­ лам горно-рудной промышленности и пр.). Таким образом, объяснение по аналогии рассматривается как вероятностное, что и определяет его принадлежность классу индуктивных объяснений.

Методы предсказания также делятся на дедуктивные (в количест­ венном прогнозировании это имитационные модели) и индуктивные (классический регрессионный анализ и методы самоорганизации; [под­ робнее об этом см.: 205]). Было также показано сходство структур про­ цессов объяснения и предсказания (как дедуктивных, так и индуктив­ ных). Различия этих процессов состоят в том, что предсказание имеет «положительную» направленность во времени (относится к настоящему или будущему), а объяснение — «отрицательную» (к настоящему или прошлому). Так, если мы находимся на средней стадии сукцессии рас­ тительности, то можем объяснить, как этот процесс происходил в про­ шлом и предсказать его пути в будущем, используя соответствующие модели динамики растительных сообществ. Отсюда следует, что объяс­ нение сопряжено с логическим анализом уже накопленного эмпириче­ ского материала, в то время как предсказание зависит не только от ло­ гических (или иных) процедур прогнозирования, но и от способов полу­ чения новой эмпирической информации.

Разделение функций объяснения и прогнозирования для сложных систем в рамках как минимум двух моделей сводит на нет всю дискус­ сию о примате простоты или сложности в экологии. Для объяснения не­ обходимы простые модели, и здесь, по меткому выражению У.Росс Эшби [289, с. 177], «...в будущем теоретик систем должен стать экспертом по упрощению». Что касается экологического прогнозирования, то «...сложность модели для сложных объектов принципиально необходи­ ма» [93, с. 6].

2.7. О редукционизме и холистизме в экологии Успехи современной физики привели не только к проникновению в биологию физико-химических методов исследования объектов различных уровней биологической иерархии, но и к определенному «навязыванию»

физического «образа мышления» при постановке и решении различных биологических задач. При этом забывалось, что физические научные ме­ тоды — наблюдение, размышление и опыт — применялись к анализу простых свойств исследуемых систем: «...физик вынужден сильнее огра­ ничивать свой предмет, довольствуясь изображением наиболее простых, доступных нашему опыту явлений, тогда как все сложные явления не могут быть воссозданы человеческим умом с той точностью и последова­ тельностью, которые необходимы физику-теоретику. Высшая аккурат­ ность, ясность и уверенность — за счет полноты» [286, с. 9].

Несмотря на это, один из основных принципов физического научно­ го метода — редукция — широко используется в биологии. А.А.Любищев [135] различал три основных типа редукционизма в биологии:

• молекулярно-биологический (принцип исследования, предпола­ гающий сведение сложного к совокупности или сумме его частей, при изучении которых получают сведения и о свойствах исходного целого);

• иерархический (возможность интерпретации явлений высших уровней биологической иерархии на языке молекулярных моделей);

• эволюционный (сведение всей социальной эволюции к биологической).

Оптимизм физиков в объяснении экологических (надорганизменных) феноменов связан с первым и вторым типом редукционизма. При этом сторонники редукционизма оказываются более воинствующими, чем системологи, и не приемлют иных точек зрения (А.А.Любищев [135] говорит даже об «ультраредукционистском энтузиазме»).

Обзор соотношения редукционизма и холистизма можно найти в це­ лом ряде работ [см., например: 135; 143; 20]. При этом авторы сходятся в мнении о том, что необходимо «...ясно сформулировать основные принципы такого подхода, который бы включал редукцию как рабочий метод, но не включал редукционизм как систему постулатов, не повто­ рял увлечений редукционизма, но и не уступал ему по продуктивности»

[143, с. 164]. Действительно, редукция в том или ином виде неизбежно гтисутствует в любом экологическом исследовании (хотя бы в приня­ тии иерархической организации мира). И это справедливо подчеркивает Ю.Одум [176, с. 18]: «...и холистический, и редукционистский подходы следует использовать в равной мере, не противопоставляя их друг дру­ гу... Экология стремится к синтезу, а не к разделению».

В этой ситуации необходимо четко представлять, что редукция как метод применима для анализа простых свойств как простых, так и сложных систем. Однако степень экстраполяции полученного при та­ кой редукции знания будет определяться естественной типологией исследованных объектов (в экологии — экосистем), а это уже сложная целостная характеристика.

С этой позиции легко в виде следующей таблицы представить про­ цесс смены основных парадигм в познании сложного мира (табл. 2.2):

низм как методология и редукция как метод отвергались, у каждого объекта предполагалось наличие целей («Камень падает на землю, потому что он хочет вернуться в исходную точку» — Аристотель), мир изучался путем «лицезрения», наблюдений.

• «Физикализм» — естественно-научный метод познания Галилео Галилея. Основа познания — редукционизм («Кусок льда обладает теми же свойствами, что и огромный айсберг»), отсутствие целей у объектов («Природа не злонамеренна» — И.Ньютон), активное экспе­ риментальное подтверждение истины («Критерий истины — в прак­ тике» — В.И.Ленин).

• Системология. Вновь отказ от методологии редукционизма (с воз­ можностью использования методов редукции для исследования про­ стых свойств сложных систем), обязательность механизмов принятия решений (наличие целей; принципы усложняющегося поведения; см.

раздел 2.2), замена натурных экспериментов на машинные, имитацион­ ные (в силу наличия сложных систем, над которыми невозможно про­ ведение экспериментов в естественно-научном понимании,— напри­ мер, биосфера в целом, крупные биомы, уникальные экосистемы (озеро Байкал, плато Укок, Самарская Лука в Волжском бассейне и др.).

Тема 3. СИСТЕМА КОНЦЕПЦИЙ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Любая теория развивается из потребностей практики, понимаемой в широком, а не утилитарном смысле. Экология не является в этом отно­ шении исключением. Правда, и сегодня к проблемам построения теоре­ тической экологии можно отнести слова тридцатилетней давности: «...в современной биологии царит "культ фактов" и "чистый" теоретик вы­ глядит белой вороной. На него смотрят в лучшем случае как на бездель­ ника, а в худшем — как на жулика. Поэтому у нас большинство теоре­ тических работ "внеплановые" и представляют собой нечто среднее ме­ жду общественной работой и хобби, так как ими приходится заниматься лишь в свободное время. Отсюда и отношение к теоретической работе, как к чемодану без ручки: нести трудно, а бросить жалко» [49, с. 115].

В отдельных «подразделениях» экологии (в частности, в фитоценоло­ гии) теоретические разработки стали более привычными и даже оформи­ лись в целый ряд монографических работ и в серии дискуссионных статей.

Однако практически во всех этих работах теоретическая геоботаника (в широком смысле слова — теоретическая экология) понимается весьма односторонне (концептуально-теоретически; дискуссия идет вокруг основ­ ных понятий и терминов) и в таком виде не может претендовать на роль дей­ ствительно теоретической дисциплины, способной обобщить содержание отдельных разделов с тем, чтобы эмпирически найденные для них законо­ мерности получили дедуктивное обоснование и логически выводились из основных концепций и постулатов, заложенных в основу теории. Заметим, что и в экологических работах самого высокого уровня также появилась и даже устоялась «теоретическая» терминология (например, принципы Гаузе, принцип Олли, принцип «плотной упаковки», индивидуалистическая гипотеза, законы Либиха и Шелфорда и др.). Так, Ю.Одум в «Основах экологии» [1751 каждую главу старался назвать, используя понятие «кон­ цепция»; Р.Уиттекер [249] широко оперирует понятиями «принцип», «концепция», «закон», «правило»; В.Д.Федоров и Т.Г.Гильманов [253] — понятиями «модель», «уравнение», «закон», «принцип».

В 1990 г. вышли в свет два словаря (автор одного — И.И.Дедю [73], другого— Н.Ф.Реймерс [197]), так или иначе отражающих современное состояние «экологической терминологии» и содержащих в себе попыт­ ку создания экологической аксиоматики, хотя «...это еще не очень близко к аксиоматике, но на верном пути к ней» [73, с. 6]. Именно потому, что создание теоретической экологии находится в начале пути, важно выбрать правильное направление движения и решить ряд общеметодоло­ гических задач теоретического оформления экологических знаний.

Для устранения теоретико-терминологической путаницы примем вслед за «Большой советской энциклопедией» (3-е изд.) ряд определе­ ний основных понятий.

Аксиома - положение некоторой теории, которое при дедуктивном построении этой теории не доказывается в ней, а принимается за исходное.

Обычно в качестве аксиом выбираются те предложения рассматриваемой теории, которые являются заведомо истинными или в рамках этой тео­ рии считаются таковыми.

Гипотеза - предположение; то, что лежит в основе,— причина или сущность. Гипотеза — выраженное в форме суждения (или системы суждений) предположение или предугадывание чего-либо. Гипотезы соз­ даются по правилу: «то, что мы хотим объяснить, аналогично тому, что мы уже знаем». Гипотеза должна быть проверяемой.

Закон - необходимое, существенное, устойчивое и повторяющее­ ся отношение между явлениями. Заметим, что не всякая связь — закон (связь может быть случайной и необходимой); закон — необходимая * По-видимому, был прав Н.Ф.Реймерс [197, с. 17], указав, что «экологиче­ ская аксиоматика» — это все же «...фигуральное выражение, т.к. это не аксио­ мы, не требующие доказательств, а теоремы, которые могут быть доказаны ис­ ходя из современных научных данных».

связь. Различают законы функционирования (связь в пространстве, структура системы) и развития (связь во времени), динамические (де­ терминированные) и статические. Одни законы выражают строгую количественную зависимость между явлениями и фиксируются с помо­ щью математических формализмов, уравнений (закон всемирного тяго­ тения), другие не поддаются строгой математической записи (закон биогенной миграции атомов В.И.Вернадского или закон естественного отбора Ч.Дарвина). А.А.Любищев [136] вообще считает законы в каче­ ственной форме не строго научными, а преднаучными законами, кото­ рые надлежит еще только открыть в будущем.

Концепция — определенный способ понимания, трактовки како­ го-либо явления, процесса; основная точка зрения на предмет.

Модель (в широком понимании) — образ или прообраз какой-либо системы объектов, используемый при определенных условиях в качест­ ве ее «заменителя» или «представителя».

Постулат — предложение (правило), в силу каких-либо соображе­ ний «принимаемое» без доказательства, но с обоснованием, которое служит в пользу его «принятия». Постулат, принимаемый как истина,— аксиома, в противном случае требуется его доказуемость. А.А.Любищев [136] понимает постулат как нечто промежуточное между аксиомой и теоремой, а различие между постулатами и законами он видит в неоспо­ римом эмпирическом происхождении законов и в скрытом эмпиризме постулатов.

Правило — предложение, выражающее при определенных усло­ виях разрешение или требование совершить некоторое действие (или воздержаться от совершения этого действия). Классическим примером в данном случае могут служить правила грамматики.