YAK 37.035 ББК 74.66
A.A. НИЯЗОВА, ЭКОСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
Ю.М. ГИБАДУЛЛИНА КАК ОДИН ИЗ ЭФФЕКТИВНЫХ ФАКТОРОВ
СОиИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ДЕТЕЙ
А.А. N^AZ^^ THE ECOSYSTEM APPROACH
YM G|BADULL|NA as ONE OF THE EFFECTIVE FACTORS
OF SOCIAL DEVELOPMENT OF CHILDREN
В статье рассматривается использование экосистемного подхода в социальном развитии детей группы риска, одним из инструментов которого является экокарта. Представлены результаты опытно-экспериментального исследования социального развития детей и даны рекомендации педагогам.
The article discusses the use of the ecosystem approach in the social development of children at risk, one of the tools which is ecocert, and presents the results of experimental studies in social development of children and recommendations to teachers.
Ключевые слова: экосистемный подход, экокарта, социальное развитие, дети «группы риска», сеть социальных контактов.
Key words: ecosystem approach, ecocert, social development, children of «risk group», a network of social contacts.
Своеобразие современного общества, противоречивость социальных отношений, недостаточное внимание общества к проблеме социального развития подрастающего поколения требуют чёткого определения стратегий, методов и инструментов воздействия на них, обусловленных динамичными изменениями внешней и внутренней среды - экосистемы, что в свою очередь актуализирует поиск подходов, влияющих на социальное развитие детей. Одним из эффективных факторов социального развития детей, на наш взгляд, является экосистемный подход, использование которого имеет практическую значимость, заключающуюся в изучении личности ребенка, его окружения и взаимоотношений в социальной среде, а также в выявлении ресурсов ребенка, необходимых для его становления.
Под социальным развитием мы понимаем необратимый закономерный процесс изменений личности и психики человека, включающий, с одной стороны, усвоение индивидом готовых форм социальной жизни, а с другой -приобретение собственного социального опыта, индивидуальных качеств и свойств, позволяющих ему ориентироваться и самореализовываться в различных жизненных ситуациях.
Общеизвестно, что готовые формы социальной жизни усваиваются детьми как стихийно, так и в процессе целенаправленного воздействия в условиях обучения и воспитания . В современной образовательной системе происходит постоянное изучение основных факторов социального развития личности - семьи, детского коллектива, ближайшего окружения детей и т.д., которые можно охарактеризовать как экосистему.
Понятие экосистемы в области естественных наук (биологии, экологии и др.) определяется как система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Рассматривая развитие человека, американский психолог, специалист в области детской психологии Ури Бронфенбреннер составил экологическую модель человеческого развития, в которой выделил микро-, мезо-, экзо- и макросистемы .
Мезосистема включает взаимодействие ближайшего окружения между собой, что расширяет социальные связи и отношения как ребенка, так и всех субъектов микросистемы . Данные связи рассматриваются как внутренние. Включение в систему социальных отношений учреждений, предприятий, организаций позволяет расширить социальную сеть до экзосистемы, направленной на решение проблем как детей, так и семьи .
На современном этапе исследователи выделяют следующие виды экосистем: психологическая,образовательная, социальная.
Психологическая экосистема представляет собой совокупность людей в деятельности и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему. Образовательная экосистема обозначена как комплекс образовательных технологий и ресурсов, обеспечивающих индивидуализацию личностного развития субъектов образовательной среды на основе эффективных форм взаимодействия её компонентов. Социальная экосистема представлена как совокупность социальных общностей и их связей между собой и с природой, позволяющих обществу существовать в режиме относительного равновесия (sustainability) и тем самым обеспечивать его социальное воспроизводство .
Целенаправленное, непрерывное использование форм и методов организации взаимодействия всех субъектов образовательного процесса в воспитании подрастающего поколения позволяет сделать вывод о необходимости использования экосистемного подхода.
Основу экосистемного подхода составляют: взаимодействие в социо-природной среде, направленной на развитие личности согласно биологическим и социальным законам, и социальные связи личности с внешним миром, способствующие социальному развитию.
Экосистемный подход в широком смысле слова рассматривается как гармонизация человека и его социального и физического окружения, а в узком - взаимодействие адаптивных процессов, необходимых для такой гармонизации.
Суть экосистемного подхода заключается в том, что в процессе вмешательства в проблемную ситуацию объекта любого уровня выделяется пространство взаимодействия - это саморазвивающаяся системная целостность, образованная субъект-объектными отношениями трех базовых составляющих - участников: ребенок, педагог (психолог), среда.
Цель экосистемного подхода в практической социально-педагогической деятельности (социальной работе) заключается в обеспечении взаимодействия в микро-, экзо-, мезосистемах, с помощью которых человек (дети и взрослые), а также социальные институты (семья) строят свое окружение, взаимодействуют и под их влиянием изменяются и самореализуются.
Одним из реальных инструментов в экосистемном подходе является экокарта (карта социального пути). Экокатра - это схема, позволяющая увидеть ресурсы внутри семьи и ресурсы сообщества, к которым дети имеет доступ. Экокарта является визуальным инструментом, на котором представлена следующая информация: взаимоотношения в семье; взаимоотношения семьи с социальным окружением в определенный момент времени; взаимодействия между индивидами. Схематическое изображение экокарты представлено на рисунке 1.
Экокарта включат в себя три компонента:
1. Внутренняя система - сам ребенок с его пониманием причин возникновения проблемной ситуации и представлением «реального» функционирования в сложившейся ситуации.
2. Поддерживающее окружение - это те субъекты и объекты, которые находятся в зоне ближайшего окружения детей (члены семьи, близкие друзья и т.д.).
3. Питающая система - опыт и знание педагога, ресурсы системы социальной защиты, а также другие люди из его окружения и т.п.) .
Рис. 1. Схема экокарты
Экокарта создается совместно с клиентом (ребенком или родителями) для выявления ресурсов и планирования работы с учетом сильных и слабых сторон семьи. Особое внимание уделяется следующим аспектам:
Социально-психологической и педагогической поддержке, направленной на оказание временной или постоянной меры адресной поддержки детям в процессе социального развития;
Ресурсам коммьюнити, обеспечивающим связь ребенка с другими людьми (сверстниками, родителями, тренерами и т.д.), которые объединены общими интересами и увлечениями;
Стрессорам - факторам, вызывающим состояние стресса у детей в процессе социального развития. Существуют различные классификации стрессоров: физиологические (чрезмерные боль и шум, воздействие экстремальных температур); психологические (информационная перегрузка, угроза социальному статусу, самооценке, ближайшему окружению и др.).
В рамках экосистемного подхода решаются следующие задачи:
Выстраивание индивидуальной траектории социального развития детей в соответствии с его этическими, культурными, религиозными и другими предпочтениями;
Создание условий для получения образования, социализации и социального развития детей в зависимости от возрастных и индивидуальных особенностей детей (дети-сироты, дети с ОВЗ, одаренные дети, дети группы риска и т.д.);
Расширение ресурсного пространства за счет выявления социально-значимых лиц (что можно увидеть на экокарте) и их включения в процесс социального развития и решения социально-педагогических проблем детей с поддерживающими и питающими системами.
Использование экосистемного подхода позволяет:
Изучить особенности взаимодействия детей с семьей, его ближайшим окружением;
Вовлечь социальное окружение детей к участию в его жизни, оказанию помощи и поддержки;
Выявить ресурсные возможности самих детей, а также семьи .
Экосистемный подход составляет основу одной из эффективных на данном этапе технологий - сети социальных контактов. Понятие «сеть социальных контактов» было введено в середине 1950-х годов английским антропо-
логом Джоном А. Барнсом. Эта технология отработана шведскими специалистами и в настоящее время внедряется во многих городах России. Работа по данной технологии - это путь к решению проблемы детей через его социальное окружение. Данная технология применяется в различных случаях: кризис и конфликты в семье, жестокое обращение с ребенком, уходы ребенка из дома, отказ родителей или опекунов .
Технология сети социальных контактов включает три основных этапа.
Первый этап - сетевая диагностика, при котором используется «карта социальных связей», или «экокарта». Экокарта определяет взаимоотношения, проблемы, ресурсы самого ребенка и его семьи. Анализируя карту, можно получить разностороннюю информацию о ребенке и его социальном окружении: увидеть личностные качества, проблемные зоны, особенности его отношений с семьей, родственниками, отношения с другими людьми, сверстниками, а также выявить наиболее значимых людей в опыте жизни детей и т.д. .
Второй этап - мобилизация сети, где организатор сетевой встречи (педагог, психолог и др.) связывается с людьми, которые были выделены ребенком на первом этапе и обозначены как социально-значимые. Подготовка к встрече зависит от типа кризиса и от того, насколько сильна сеть социальных контактов. Если связи между людьми в сети социальных контактов крепкие, то при возникновении проблемы, которую можно решить на сетевой встрече, достаточно проинформировать людей о формах встречи, времени и месте ее проведения и разъяснить постановку вопросов на встрече. Сеть социальных контактов в этом случае мобилизует себя сама. В сетях контактов с более слабыми связями между людьми возникает необходимость в проведении нескольких подготовительных встреч со всеми участниками с целью объяснения, что такое сетевая встреча и почему так важно, чтобы именно этот человек принял в ней участие .
Третий этап - проведение сетевой встречи, смысл которой, прежде всего, в самой встрече близких людей детей друг с другом, их сближение с целью решения их проблем, а задача ведущего - обеспечить исследовательский и объединяющий их друг с другом процессы.
Сетевая встреча проходит через спираль развития процесса встречи, включающего в себя: постановку задач, поляризацию, мобилизацию, фазы депрессии, прорыв, катарсис. Сетевая встреча в зависимости от проблемы может быть организована несколько раз. Технология «Сеть социальных контактов» подразумевает использование командной работы не только специалистов, но и людей ближайшего окружения детей различной категории.
Технология сети социальных контактов внедрялась на базе нескольких учреждений при работе с детьми, относящимися к различной категории (дети-сироты, дети с ОВЗ, одаренные дети, дети группы риска и т.д.) - МАОУ СОШ № 2, № 15, № 17 г. Тобольска, АУ СОН Тюменской области «Социально-реабилитационный Центр для несовершеннолетних города Тобольска», АУ СОН ТО и ДПО «Региональный социально-реабилитационный центр для несовершеннолетних «Семья» города Тюмени. Основным объектом исследования являлось социальное развитие детей. Общее количество испытуемых составило 120 человек.
Опытно-экспериментальная работа включала внедрение программы по социальному развитию детей, технологии сети социальных контактов, построенных на основе экосистемного подхода. В основу нашего исследования положены методики, направленные на изучение уровня социального развития детей с учетом экосистемного подхода, подразумевающего социальные связи и отношения детей к окружающему, а также их взаимодействие со значимыми лицами.
Анализ результатов констатирующего этапа позволил выделить следующие проблемы детей: наличие прагматического и индивидуального типа восприятия окружающих; низкая степень адаптированности к новым условиям в микросреде и социальной активности; проявление личностной и ситуатив-
ной тревожности. Решение обозначенных проблем определено в содержании программы, которая была реализована 2016-2017 гг. и включала подготовительный, адаптационный и поддерживающий этапы. На подготовительном этапе внедрялась программа «СТАРТ» (Социализация, Творчество, Активность, Развитие, Трудолюбие), цель которой социальное развитие детей, формирование нравственных качеств, автономности и положительного восприятия окружающих. Основными задачами программы явились:
Формирование эмоционального поля взаимоотношений, обеспечивающих уважение к окружающим людям, семейных ценностей, коммуникативных способностей, социальной активности, нравственных качеств;
Создание экосреды, необходимой для личностного развития детей, способствующей мобилизации и повышению ответственности социального института (семьи, образовательных и социальных учреждений), направленной на позитивные изменения и выход ребенка (или семьи) из кризисной ситуации.
На адаптационном этапе осуществлялось внедрение технологии сети социальных контактов. Отметим, что каждый из детей - это личность с определенными индивидуальными, психологическими особенностями развития, поэтому технология применялась с учетом категории детей. Результатом сетевых встреч явились: стабилизация позитивных внутрисемейных отношений; социальная адаптация и автономность детей; положительные личностные изменения у членов семьи (смена ценностных и мотивационных установок, активное отношение к жизни, новые позитивные социальные связи, приоритет здорового образа жизни и др.); создание условий для саморазвития как детей, так и семьи. Отметим, что состоявшиеся встречи оказались достаточно продуктивными.
На поддерживающем этапе был реализован комплекс мероприятий:
Детское самоуправление, способствующее формированию социальной активности, уверенности и социальной адаптации детей в условиях объединения по интересам;
Коллективно-творческая деятельность, направленная на участие детей в мероприятиях: «Гори, гори моя свеча», «Фестиваль улыбок», «Вальс добра», «Как здорово, что все мы здесь сегодня собрались» и др.;
Общественная и социально-значимая деятельность детей через волонтерское движение; отряд защитников природы и правопорядка, деятельность которых направлена на привитие социально-нравственных ценностей, принятых в обществе, а также патриотическое и гражданско-правовое воспитание детей.
Эффективность реализованной программы и технологии сети социальных контактов показывают результаты нашего исследования. Так, по методике «Восприятие участников общения» (адаптированный вариант методики «Оценка отношений подростка с классом» Л.А. Головей, О.Р. Рыбалко) выявлено увеличение количества респондентов с коллективистическим типом восприятия на 35% (с 20% до 55%); уменьшение количества респондентов с прагматическим типом восприятия на 10% (с 45% до 35%) и индивидуалистическим типом восприятия на 20% (с 35% до 10%). Полученные результаты говорят о восприятии детьми коллектива как самостоятельной целостной системы, заинтересованности в успехах каждого члена коллектива, стремлении внести свой вклад в коллективную деятельность и потребности в коллективных формах работы.
По методике «Определение степени социализированности» (М.И. Рожков) получены следующие результаты:
По коэффициенту «социальная адаптированность» - увеличение респондентов с высоким уровнем на 20% (с 20% до 40%), средним - на 5% (с 30% до 35%); уменьшение с низким уровнем - на 25% (с 50% до 25%). Полученные результаты свидетельствуют о том, что дети научились взаимодействовать с семьей, со сверстниками и окружающими. Однако 25% респонден-
тов чувствуют себя неуверенно в силу того, что имеется тревожность, связанная с прежней неблагополучной ситуацией;
По коэффициенту «автономность» - увеличение респондентов с высоким уровнем на 15% (с 20% до 35%), средним - на 10% (с 20% до 30%), уменьшение с низким уровнем - на 25% (с 60% до 35%). Это говорит о том, что повышении ответственности детей по отношению к семье, выполнению поручений, обязанностей и умение принимать самостоятельное решение;
По коэффициенту «социальная активность» - увеличение респондентов с высоким уровнем на 10% (с 35% до 45%), средним - на 5% (с 40% до 45%); уменьшение респондентов с низким уровнем - на 15% (с 25% до 10%);
Коэффициенту «нравственность» - увеличение респондентов с высоким уровнем на 15% (с 25% до 40%), средним - на 5% (с 45% до 50%), уменьшение с низким уровнем - на 20% (с 30% до 10%). Результаты демонстрируют развитие духовно-нравственных качеств и социально-нравственных умений и навыков, необходимых каждой личности общества.
По методике «Определение тревожности» (Ч.Д. Спилбергер) высокие показатели личностной и ситуативной тревожности уменьшились на 20% (с 30% до 10% и с 35% до 15%), средние показатели - на 15% и 10% (с 50% до 35% и с 45% до 35%), и низкие - увеличились на 35% и 30% (с 20% до 55% и с 20% до 50%). Результаты личностной и ситуативной тревожности говорят о проявлении активности, инициативности, доброжелательном восприятии участников общения, снижении агрессивности и напряжения, об адекватности самооценки детей, отсутствии дискомфорта в социальной среде.
Анализ полученных результатов свидетельствует об эффективности реализованной программы и технологии сети социальных контактов, построенных на основе экосистемного подхода. На основе теоретического анализа литературы и результатов опытно-экспериментальной работы разработаны и предложены следующие рекомендации:
Использование эффективных форм и методов работы педагогов, психологов и социальных педагогов по оказанию помощи и поддержки детям, а также семьям, где они воспитываются;
Развитие межведомственного взаимодействия с социальными службами по оказанию помощи и поддержки детям и семьям;
Просветительская работа с детьми и родителями, способствующая повышению воспитательного потенциала семьи, укреплению родительских ролей и роли ребенка в семье;
Развитие эмоционально-волевой сферы каждого ребенка, включая гуманизацию и оптимизацию взаимоотношений;
Применение технологии сети социальных контактов и т.д.
Таким образом, внедрение экосистемного подхода в процесс социального развития детей позволило обеспечить: использование ресурсов субъектов микро-, мезо- и экзосистем; успешное социальное функционирование вышеуказанных систем через развитие индивидуальности ребенка; формирование и закрепление социальных связей и отношений в данных системах.
Литература
1. Воспитательный процесс: изучение эффективности [Текст] : метод. рекомендации / под ред. Е.П. Степанова. - М. : ТЦ «Сфера», 2001. - 128 с.
2. Коротаева, Е.В. Социальное развитие детей: аспекты преемственности [Текст] / Е.В. Коротаева, М.В. Бывшева // Начальная школа плюс До и После. - 2013. - № 12. - С. 23-27.
3. Никитина, Е.А. Возможности использования метода сети социальных контактов в организации работы с семьёй группы риска [Электронный ресурс] / Е.А. Никитина, Т.Н. Мартынова. - Режим доступа: http://www.sciencefoгum. гu/2014/pdf/1864.pdf (дата обращения: 15.11.2017).
4. Ниязова, А.А. Социальная экология [Текст] / А.А. Ниязова. - Тобольск: ТГСПА им. Д.И. Менделеева, 2012. - 198 с.
5. Ниязова, А.А. Экологический подход в системе психолого-педагогического образования [Текст] / А.А. Ниязова // Фундаментальные исследования. -2014. - № 11 (Ч. 9). - С. 2061-2065. - Режим доступа: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35896 (дата обращения: 05.12.2017).
6. Практикум по возрастной психологии [Текст] / под ред. Л.А. Головей, Е.Ф. Рыбалко. - СПб. : Речь, 2002. - 694 с.
7. Сеть социальных контактов: мобилизация социального окружения детей и семей в кризисной ситуации [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://socioprofl.com/sites/default/flles/page/1450325010/13._set_socialnyh_ kontaktov.pdf (дата обращения: 15.12.2017).
8. Яницкий, О.Н. Россия как экосистема [Текст] / О.Н. Яницкий // СОЦИС. -2005. - № 7. - С. 84-93.
Под экосистемой понимают совокупность организмов и неживых компонентов, связанных в единое целое потоками вещества и энергии. Среди организмов, входящих в одну экосистему, есть как продуценты, создающие сложное органическое вещество из простых минеральных, так и редуценты, разрушающие это вещество до простых компонентов. Последние, в свою очередь, могут быть потреблены продуцентами. Часто выделяется ещё и группа консументов, но, по сути дела, это те же редуценты, но более крупные по размеру и потребляющие не только уже отмершее органическое вещество, но и живые ткани растений и животных. Началом, объединяющим различные живые и неживые компоненты в единую экосистему, является некий более или менее замкнутый цикл какого-нибудь биогенного элемента, например, углерода, азота или фосфора.
На практике выделение экосистемы по замкнутым циклам биогенов оказывается непростым делом, прежде всего потому, что круговороты разных элементов происходят с разной скоростью и в пределах участков, очень разных по своим размерам.
Экосистемный подход направлен на описание структур и процессов, имеющих отношение к трансформации вещества и энергии с участием организмов. Получение обобщённых количественных оценок происходящих в экосистеме процессов возможно только потому, что жизнь, будучи чрезвычайно разнообразной морфологически, в функциональных проявлениях гораздо однообразнее. Число основных типов «биогеохимических ролей», существующих в биосфере, довольно ограниченно. Например, какими разнообразными по размерам, форме и жизненным циклам не были бы покрывающие нашу планету зелёные растения, все они от крошечной протококковой водоросли до громадной секвойи, обладают способностью к фотосинтезу. Соответственно результаты этого процесса могут быть суммированы, а первичная продукция может быть выражена в одних и тех же единицах.
Также очевидно, что количества выделенного кислорода, потреблённого диоксида углерода и образовавшегося органического вещества, находятся между собой в определённом соотношении, зная которое по одной величине можно рассчитать и другие. Надёжность подобных расчётов обеспечивается тем, что в основе их лежат строгие количественные соотношения отдельных элементов, вступающих в химические реакции.
При изучении экосистем чрезвычайно важно учитывать тесное взаимодействие биологических, физических и химических процессов. Например, кислород, растворённый в воде, может поступать туда как в результате фотосинтеза растений, так и в результате диффузии из атмосферы.
Задачи, которые решают популяционный и экосистемный подходы различны, как различны и используемые при этом методы. Хотя прямым продолжением экосистемного подхода является подход биосферный, затрагивающий проблемы глобальные, профессионалы-экологи не меньше внимания уделяют и популяционным исследованиям. Учёные стремятся охватить чрезвычайное разнообразие организмов и конкретных ситуаций, надеясь понять общие принципы организации популяции и сообществ.
7.5. Ноосферогенез
В. И. Вернадский о переходе биосферы в ноосферу. Биосфера – стойкая динамическая система. Основной закон биосферы. ô Естественноисторические аспекты трансформации биосферы в ноосферу. ô Антропоцентризм и биосферное мышление. Разные типы мировоззрения.
Под ноосферой понимается сфера взаимодействия природы и общества, в которой человеческий разум при посредстве технически оснащённой деятельности становится определяющим фактором развития. К появлению учения о ноосфере привело развитие естествознания Нового времени. Ж. Бюффон (1707 – 1778) обосновал геологическое значение человека. Д. Д. Дана (1813-1895) и Д. Ле-Конт (1823-1901) – выявили эмпирическое обобщение, которое показывает, что эволюция живого вещества идёт в определённом направлении, названном процессом «цефализации». В 1922-23 гг. В. И. Вернадский, читая лекции в Париже, выдвинул тезис о биогеохимических явлениях как основе биосферы. В 1927 г. французский математик и философ Е. Леруа ввёл понятие ноосферы, как современной стадии, геологически переживаемой биосферой.
7.5.1. В. И. Вернадский о переходе биосферы
в ноосферу
Обобщив результаты исследований в отрасли геологии, палеонтологии, биологии и других естественных наук, В. И. Вернадский пришел к выводу, что биосфера – это стойкая динамическая система, равновесие, которой установилось в основных своих чертах с археозоя и неизменно действует на протяжении 1.5 – 2 миллиардов лет». Он доказал, что устойчивость биосферы за это время обнаруживается в постоянстве ее общей массы (около 10 19 т), массы живого вещества (10 18 т), энергии, связанной с живым веществом (10 18 ккал), и среднего химического состава всего живого.
Стойкость биосферы Вернадский связывал с тем обстоятельством, что «функции жизни в биосфере - биогеохимические функции - неизменные на протяжении геологического времени, и ни одна из них не появилась снова с ходом геологического времени». Все функции живых организмов в биосфере (образование газов, окислительные и обновленные процессы, концентрация химических элементов и т. п.) не могут выполняться организмами какого-либо одного вида, а лишь их комплексом. Отсюда вытекает чрезвычайно важное положение, разработанное Вернадским: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система, с большим количеством видов организмов, каждый из которых выполнял свою роль в общей системе. Без этого биосфера вообще не могла бы существовать. Отсюда следует, любая трактовка ноосферогенеза может подразумевать только качественное изменение отношений человека с биосферой, но не качественное изменение самой биосферы, ни, тем более, её «отмену».
Вернадскому принадлежит открытие основного закона биосферы: «Количество живого вещества является планетной константой со времен архейской эры, то есть за все геологическое время». На протяжении этого периода живой мир морфологически изменился неузнаваемо, но такие изменения заметно не повлияли ни на количество живого вещества, ни на его средний валовой состав. Дело здесь в том, как считает Вернадский, что «в сложной организованности биосферы происходили в границах живого вещества лишь перегруппирования химических элементов, а не коренные изменения их состава и количества».
Постоянно подчеркивая, что его позиция - это позиция натуралиста, В. И. Вернадский говорил о биосфере как о «естественном теле», как о «монолите», вбирающем в себя всю совокупность живого вещества планеты. Очевидно, что и человек, как живое существо, включен в биосферу, понимаемую в качестве природно-биологического образования. В таком случае антропогенные факторы эволюции биосферы становятся в один ряд с другими природными параметрами.
Вместе с тем, В. И. Вернадский говорил о том, что понятие «естественного тела» изменяет свое содержание в зависимости от контекста. В этом отношении существенно, что «начало» ноосферы отсчитывается с того, условно говоря, момента, когда появился разум: «С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа, - писал Вернадский, - планета переходит в новую стадию своей истории. Биосфера переходит в ноосферу». Выработанная в социальной среде научная мысль создаёт в биосфере новую геологическую силу. Биосфера переходит тем самым в новое эволюционное состояние.
Научная мысль как проявление живого вещества по существу не может быть обратимым явлением, утверждает В. И. Вернадский. Рост научной мысли, тесно связанный с ростом заселения человеком биосферы, должен ограничиваться чуждой живому веществу средой и оказывать на неё давление, поскольку он связан с возрастающим количеством живого вещества, прямо или косвенно участвующего в научной работе. Этот рост и связанное с ним давление постоянно увеличиваются благодаря тому, что в них резко проявляется действие массы создаваемых технических средств, экспансия которых в ноосфере подчиняется тем же законам, что и размножение живого вещества, то есть, выражается в геометрических прогрессиях.
Кроме этого формирование ноосферы, согласно В. И. Вернадскому, определяется следующими условиями и предпосылками:
1. Человечество стало единым целым. Ход мировой истории охватил весь земной шар, включив в единый процесс, различные культурные области, некогда существовавшие изолированно.
2. Преобразование средств связи и обмена сделало регулярным и систематическим обмен веществом, энергией и информацией между различными элементами ноосферы.
3. Овладение новыми источниками энергии дало человеку возможность коренного преобразования окружающей среды.
4. Растёт благосостояние народных масс, трудом и разумом которых создаётся ноосфера.
5. Осознаны равенство всех людей и важность исключения войн из жизни общества.
Мы упростим само понимание эволюции, если будем считать, что только находимся на пороге ноосферогенеза, что «ноосфера» - это чуть ли не то самое светлое будущее человечества, которое совсем недавно обозначалось словом «коммунизм». Не точнее ли говорить о современности как о качественно новой ступени развития ноосферы, сохранив ту «начальную» точку отсчета ее эволюции, когда с появлением цивилизации на Земле биосфера стала природно-социальной системой.
7.5.2. Естественноисторические аспекты
трансформации биосферы в ноосферу
Все процессы, происходящие на Земле и существенные для человека и цивилизации, суть процессы преобразования свободной энергии. Земля - открытая система, и земная жизнь обязана своим существованием потоку свободной энергии солнечно-космической природы, пронизывающему нашу планету. Сама хозяйственная деятельность человека - одна из реализаций этого потока, и все наши технологические ухищрения, в конечном счете, подчиняются закономерностям термодинамики открытых систем. Потоком свободной энергии можно управлять, либо увеличивая поток энергии, либо уменьшая поток энтропии. Первую задачу выполняют новые энергетические технологии, вторую - новые информационные технологии.
В результате человеческой деятельности на планете происходят изменения: теплеет климат, уменьшается количество стратосферного озона, сокращаются площади лесов, загрязняются атмосфера, гидросфера и почвы, увеличивается площадь пустынь, исчезают виды растений и животных. Влияние на состояние экосистем оказывает интенсивное сжигание ископаемого топлива.
Всё это, в конечном счете, приводит к незамкнутости биотического круговорота. Нарушаются главные закономерности, лежащие в основе длительного существования жизни: относительная замкнутость круговорота, локализация уничтожения вредных отходов, экономия материальных ресурсов. Разумная по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы в большинстве случаев оказывается разрушительной. Может ли всё это представлять угрозу для существования биосферы?
Биосфера включает нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы, гидросферу и совокупность обитающих здесь живых организмов (биоту). Устойчивость биосферы, то есть её способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий очень велика. Биосфера существует уже около 4 миллиардов лет, и за это время её эволюция не прерывалась. Это следует из того, что все живые организмы от вируса до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов. Только за последние 600 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф, в результате которых происходило вымирание почти 70% видов. Но биосфера всегда восстанавливалась.
Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое оценивается как 2-10 миллионов видов животных, растений и микроорганизмов. Состояние биоты определяется в основном физико-химическими характеристиками окружающей среды. Мы называем их совокупность климатом. Основная климатическая характеристика - температура у поверхности Земли. Её изменения за всё время эволюции биосферы составили всего от 10 0 до 20 0 С.
За 4 миллиарда лет концентрация СО 2 в атмосфере уменьшилась в 100 - 1000 раз, что отрицательно повлияло на питание растений. Накопление кислорода привело к полному вытеснению анаэробных организмов, создавших, по сути, кислородную атмосферу. С 1800 г. по настоящий период концентрация СО 2 в атмосфере увеличилась с 280 до 360 млн. моль/м 3 (в миллионных долях от полной концентрации атмосферных частиц). Это важнейший показатель для биосферы, так как СО 2 , во-первых, - парниковый газ, который вместе с водяным паром определяет парниковый эффект, а следовательно и климат, и, во-вторых, он - основная пища растений. При этом увеличивалась и скорость накопления углерода в атмосфере. Но ещё быстрее увеличивалась скорость выброса углерода в атмосферу при сжигании ископаемого топлива и производстве цемента. Из этих данных следует:
1. Наблюдаемый рост содержания СО 2 в атмосфере вызван антропогенными выбросами.
2. Биота забирала из атмосферы в процессе фотосинтеза не только весь углерод, выделенный ею же в атмосферу в процессах дыхания и разложения - около 100 млрд. т. в год - но и около половины углерода, содержащегося в антропогенных выбросах, в последние годы - до 2/3.
3. Раз увеличивался сток СО 2 из атмосферы в биоту, значит либо увеличивалась глобальная биомасса, либо увеличивалась её продуктивность. Но как это возможно, если уменьшалась площадь лесов. Следовательно, или увеличивалась биомасса других экосистем и масса корней, или увеличилась продуктивность ряда растений.
Таким образом, данные не дают оснований утверждать, что биосфера теряет устойчивость.
Но основания для беспокойства есть, так как увеличение содержания СО 2 и других парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению климата. Быстрое расходование ископаемого топлива приведёт к истощению его запасов в исторически короткие сроки: нефти и газа - через 60-80 лет, угля - через 1000-3000 лет.
Внушают тревогу данные об ухудшении состояния тропических лесов. По данным Международного комитета по изменению климата ООН температура к 2050 году повысится на 1.5 0 -2.5 0 . При этом уровень океана повысится на 35-55 см. Пострадают прибрежные районы многих стран. Общее количество осадков увеличится на 3-15%, но распределятся они неравномерно. Поэтому увеличится площадь пустынь и все климатические зоны сдвинутся от экватора к полюсам примерно на 500 км.
Перед обществом стоит грандиозная задача: включение человеческой деятельности в биотический круговорот планеты, что собственно и означает ноогенез человечества. В основе его разработка методов и способов сознательного регулирования обмена веществ между человеком и биосферой с целью сохранения биотического круговорота и многообразия биосферы. Конфликт между человеком и биосферой, естественно, не может быть решён путём возврата человечества к полудикому состоянию и техносфера не в состоянии заменить биосферу. Он может быть решён в направлении дальнейшего научного и технологического прорыва, который даст возможность разработать необходимые способы и методы сохранения биосферы.
7.5.3. Антропоцентризм и биосферное мышление
Антропоцентризм и биосферное мышление Антропоцентрическое мышление и биосферное мышление - два кардинально различающихся типа мировоззрения. Это касается:
· характера проблем - методологических, исследовательских, хозяйственно-промышленных и т. д.;
· множества людей - от отдельных личностей, групп людей, объединенных по социальной, религиозной, национальной или иной принадлежности, до населения стран, материков и человечества в целом;
· размера территории, подвергающейся антропогенному воздействию - от десятков - сотен квадратных метров, частей ландшафта до обширных регионов, витасферы и биосферы в целом.
Одним из главных признаков различия двух мировоззрений является отношение к времени. При антропоцентрическом подходе, как правило, ограничиваются оценками и прогнозами краткосрочными - максимум ближайшее десятилетие, в то время как при биосферном основу должны составлять долгосрочные оценки и прогнозы - минимум десятилетия и столетия. Антропоцентризм делает акцент на судьбах ныне живущих людей и их сиюминутных интересах, и в крайнем случае - их детей и уж совсем абстрактно - внуков. В то время как биосферное мышление будет охватывать череду поколений и действительно приобретет, таким образом, право говорить о судьбе человечества.
Антропоцентризм локализует анализ воздействий на природные комплексы в пространстве. При биосферном подходе сознается важность возможного «расползания» эффектов на обширные территории. Антропоцентрический подход, реализуемый в каком-то промышленном проекте, предъявляет своим противникам требование: «Докажите, что этот проект будет в каком-то отношении вредным». Биосферный подход требует аргументов в пользу того, что наличествующее состояния природы не будет ухудшено. В конечном итоге антропоцентризм формулирует целевую функцию, как «было бы лучше человеку сегодня, а там видно будет», биосферное мышление - «не может быть человеку лучше, если не исключено ухудшение природных комплексов».
Опыт показывает, что антропоцентрический подход довольствуется остаточным принципом финансирования фундаментальных исследований, являющихся, по словам В. И. Вернадского, основой формирования биосферного мышления: «Основной геологической силой, создающей ноосферу, является рост научного знания».
В ходе становления науки о Земле сложилось несколько подходов к описанию функционирования ее природы: сферный, системный и средовой. В биологических науках в равной мере используется каждый из них. Эти подходы достаточно близки и часто оперируют одними и теми же родо-видовыми понятиями. В рамках системно-синергетической парадигмы при изучении биосферы целесообразно использовать экосистемный подход.
Представление о биосфере как глобальной экосистеме начало формироваться еще в середине XIX века. Его истоки - в биоценологии (греч. koinos - общий; совместно, вместе), основы которой заложил немецкий биолог К. Мебиус (1825-1908). В ее центре - учение о происхождении, строении, развитии во времени и пространстве сообществ живых организмов, проживающих на определенной территории, - биоценозах и условиях их функционирования.
Биоценоз - это сообщество различных видов организмов, связанных между собой определенными отношениями и приспособленностью к условиям окружающей среды, населяющих определенную область - биотоп (греч. topos - место, пространство). Биотоп (или экотоп) представляет совокупность взаимосвязанных участков литосферы, гидросферы и атмосферы, с которыми взаимодействуют организмы и которые являются средой их обитания и источником минеральных ресурсов.
Структура и функционирование биоценоза определяются множественностью взаимосвязей между населяющими его организмами и элементами неживой природы. Его целостность поддерживается за счет прямых и обратных связей трех функциональных групп организмов, входящих в его структуру и обеспечивающих круговорот биогенных элементов. Это продуценты (лат. producentis - производящий; организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи первым звеном; создатели органических соединений; к ним относятся все растения), консументы (лат. consumo - потребляю; организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые продуцентами) и редуценты (лат. reducentis- восстанавливающий; организмы, разлагающие мертвую органику в неорганические вещества, которые затем вновь поступают в природные круговороты).
Каждый биологический вид включен в одну или несколько пищевых цепей. Их совокупность образует пищевые или трофические (греч. trophe - пища) сети.
Организмы, входящие в состав какого-либо биоценоза, оказываются приспособленными к определенному типу абиотических условий. В сходных природных условиях появляются сходные по своей структуре биоценозы. При этом мелкие биоценозы являются элементами более крупных. Так, обитатели прибрежной зоны водоема входят в биоценоз всего водоема, обитатели лесной поляны входят в биоценоз леса.
В дальнейшем идеи биоценологии развивались в трудах крупного русского ботаника В.Н. Сукачева (1880-1967), который создал учение о биогеоценозах .Биогеоценоз - участок земной поверхности, на котором биоценоз и биотоп объединены в целостный взаимосвязанный природный комплекс. Это более широкое понятие, чем биоценоз, так как включает в свою структуру и косные (неживые) компоненты среды обитания живых организмов. Однако это также неполная природная система, ибо в число компонентов биогеоценоза не входят некоторые важные элементы, например, рельеф местности, ее геологический фундамент, гидротермические условия и т.д. И в этом плане наиболее общим является понятие ландшафта (немецк. land - страна, schaft- вид), определяемого как территория, однородная по своему происхождению и истории развития, неделимая по зональным признакам, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов, однохарактерным набором простых геокомплексов.
Понятие «экосистема» было введено английским ботаником А. Тенсли (1871- 1955). Существует множество определений экосистемы, но среди них можно выделить некоторый инвариант:
экосистема - целостный, развивающийся природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и неживые компоненты связаны между собой и средой обитания потоками вещества, энергии и информации.
В рамках такого определения понятие экосистема близко к понятию биогеоценоза. В ее структуре также присутствуют две группы взаимосвязанных, входящих в ее состав элементов: экотоп и биоценоз.
В любой экосистеме каждый вид занимает определенное положение - экологическую нишу. Известный современный эколог Ю. Одум в своем учебнике «Экология»дает следующее определение: «Экологическая ниша - это не только физическое пространство (со всей присущей ему совокупностью факторов среды - температура, освещенность, влажность, минеральный состав и др.), занимаемое организмом, но и функциональная роль организма в сообществе (его трофическое положение) и его место относительно изменения внешних факторов». Это условия, в пределах которых возможно существование вида. Экологические ниши входящих в экосистему видов не могут полностью совпадать. В противном случае более сильный вид вытесняет более слабый, потеря которого в конечном итоге может привести экосистему к неустойчивости.
Как правило, факторы действуют одновременно, но степень их влияния в сложившихся конкретных условиях может существенно различаться. Отдельные компоненты экосистемы обладают разной степенью устойчивости (толерантности) по отношению к изменениям того или иного фактора. Любому организму для нормального существования необходимо наличие не просто какого-то условия, а вполне определенного интервала его значений. Например, переизбыток влаги, как и ее недостаток по сравнению с естественными потребностями организма, губительно влияют на его жизнь. Экологический фактор, который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает проявление жизнедеятельности населяющих ее организмов, называют лимитирующим (от лат. limes - граница, предел; ограничивающий). Одним из таких факторов является наличие питания. Сколь бы благоприятными ни были другие факторы для жизни популяции, отсутствие питания на данной территории заставляет искать новые места обитания.
· Основные законы функционирования экосистем
Законы функционирования экосистем изучает наука экология. В наиболее простой форме, доступной для понимания, общие законы экологии были сформулированы Б. Коммонером в его знаменитой книге «Замыкающийся круг»:
Все связано со всем;
Ничего не дается даром;
Все должно куда-то деваться;
Природа знает лучше.
Скорее, это афористические высказывания, основанные на эмпирических наблюдениях. Первый закон отражает всеобщую взаимосвязь явлений и процессов, происходящих в окружающем мире. Второй закон утверждает, что любая открытая система может развиваться только благодаря поступающим в нее извне ресурсам в виде вещества, энергии и информации. И нет ни одной системы, которая бы полностью использовала эти ресурсы, то есть невозможно иметь коэффициент полезного действия в 100%, ибо в любой системе всегда будут ресурсы, которые она выбрасывает в окружающее пространство в виде «отходов». В природе эти отходы являются полноценным ресурсом для систем более низкого иерархического уровня. Например, отходы жизнедеятельности продуцентов и консументов являются пищей для редуцентов. В техносфере отходы производств зачастую выбрасываются в окружающую среду и становятся «загрязнителями». Таким образом, «природа знает лучше» и использует в конечном итоге все имеющиеся ресурсы. Этому способствуют естественные круговороты биогенных элементов.
Как и любая отрасль знания, экология вскрывает и более частные, специфические законы развития экосистем. Современная экология вскрыла несколько десятков законов функционирования экосистем. Наиболее важные из них:
1. Закон необходимого разнообразия. Устойчивость экосистемы во многом обусловлена разнообразием видового состава входящих в нее сообществ. Она не может состоять только из организмов одного вида. В ней в обязательном порядке должны сосуществовать продуценты, консументы и редуценты, жизнедеятельность которых обуславливает в экосистеме естественный круговорот биогенных элементов.
2. Закон развития экосистем. Развитие экосистемы можно рассматривать как смену одних сообществ другими, с иным набором господствующих видов, изменение видового разнообразия, изменение пространственной и трофической структуры. Эта смена получила название сукцессии. Выделяют три ее этапа: стадия роста (продукция экосистемы растет до максимума), стабилизации (количество продукции в течение какого-то времени остается постоянным) и климакса (продуктивность катастрофически падает и опускается до нуля). В естественных условиях (без вмешательства человека) экосистемы стремятся за счет саморегуляции к достижению максимальной стабильности и сохранению разнообразия.
3. Закон экспоненциального роста популяции. В благоприятных условиях рост численности (y ) любой популяции, в том числе и человечества, с течением времени (x ) при благоприятных условиях происходит по экспоненциальному закону (лат. exponens- показывающий; показательная функция y = e x , где е = 2,72). До некоторого момента численностьнарастает медленно. По достижении определенного значения «x »начинается ее последовательное удвоение, причем промежутки времени, в течение которых это происходит, сокращаются. Однако в реальности рост численности происходит значительно медленнее. Этому есть несколько причин: нехватка ресурсов, из которых организмы строят свои тела, неблагоприятные внешние условия, гибель до наступления репродуктивного периода и другие.
4. Закон Либиха - Шелфорда. В общем виде это звучит так. У каждого организма существуют определенные границы выносливости (или толерантности) к факторам окружающей среды. Лимитирующим для развития организмов может быть как минимальное, так и максимальное значение экологического фактора. Оптимальными для организма являются промежуточные значения. При этом организмы могут иметь широкие границы устойчивости по отношению к одному фактору и узкие - к другому. Наиболее распространенными в биосфере оказываются виды с широкими границами толерантности по всем факторам. Если условия для существования вида неоптимальны по одному фактору, то могут сузиться диапазоны толерантности и по другим.
5. Закон конкурентного исключения. Два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут устойчиво сосуществовать на одной территории бесконечно долго, если рост их численности ограничен одним и тем же жизненно важным ресурсом. Побеждает тот из них, у которого более высока толерантность. Вид, не выдержавший конкуренции, оттесняется за пределы ниши и должен приспосабливаться к более тяжелым экологическим условиям.
6. Принцип Ле-Шателье - Брауна был установлен в конце XIX века для термодинамических систем: внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия. Применительно к экосистеме это может быть сформулировано следующим образом: в естественных условиях в экосистеме самопроизвольно устанавливается подвижное равновесие, благодаря которому она сохраняет свое стабильное состояние. В случает интенсивного хозяйственного вмешательства человека это равновесие в экосистеме нарушается, размыкаются биотические круговороты веществ, что в конечном итоге может привести к разрушению экосистемы.
· Биосфера как глобальная экосистема
Впервые термин «биосфера» был введен в научный обиход австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914) в 1875 году. Современное учение о биосфере разработал наш соотечественник В.И. Вернадский (1863-1945). Биосфера, по его определению, это область существования живого вещества, которая включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе и человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.
Биосфера является глобальной (франц. global - всеобщий) экосистемой, которая включает все экосистемы Земли. Это сложноорганизованная иерархическая система, между подсистемами которой (организмы, популяции, сообщества, экосистемы) взаимодействия осуществляются посредством обмена веществом, энергией и информацией.
Границы биосферы определяются наличием пригодных для существования живых организмов абиотических условий. Живое вещество занимает очень узкий пространственный интервал на границе микро - и макромира. Верхняя граница биосферы определяется высотой полета птиц (около 12 км), хотя микроорганизмы обнаруживаются и на значительно больших высотах. Нижняя граница биосферы простирается до 3 км в глубь литосферы и до 11 км в глубь гидросферы. Распределение живого вещества внутри биосферы неравномерно. Основная его масса сосредоточена в тонком приземном слое - биостроме (до нескольких сотен метров).
Биосфера, как и любая экосистема, может быть представлена в виде взаимосвязанной совокупности, состоящей из экотопаи биоценоза.
Средний элементный состав живого вещества состоит из наиболее распространенных во Вселенной элементов. От состава экотопа он существенно отличается высоким содержанием биогенных элементов - углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы.
В настоящее время на Земле известно около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных. Соотношение между разными типами организмов можно представить в виде «волчка жизни» (по Н.Ф. Реймерсу). Устойчивое равновесное движение волчка обуславливается пропорциональностью его частей и количеством поступающей от Солнца энергии.
Изменение солнечной активности может привести к существенному изменению соотношения видов, что неоднократно наблюдалось в истории развития биосферы.
Каждый организм представляет собой самоорганизующуюся систему, состоящую из множества функционально согласованных органных систем (нервная, пищеварительная, гормональная, кровеносная, выделительная), основу которых составляют отдельные, согласованно функционирующие органы, состоящие из специализированных клеток. Все организмы и их сообщества находятся в тесном взаимодействии между собой. Их биомасса оценивается в 1, 8*10 5 кг сухого вещества, при этом биомасса организмов океана составляет всего 0,13% от всей биомассы планеты.
· Самоорганизация и эволюция биосферы
Биосфера является открытой самоорганизующейся системой . Ее эволюция осуществляется благодаря энергоинформационному обмену с окружающим пространством. Временной ход развития биосферы носит направленный характер и выражается в повышении уровня организации, нарастании усложнения и упорядоченности живого вещества: последовательное появление прокариотов (клеток без ядра) - эукариотов (клеток с ядром) - многоклеточных организмов - организмов с твердыми скелетами - организмов с высокоразвитой нервной системой и мозгом - возникновение разумного человека и общества. Этот процесс можно представить как чередование этапов медленных постепенных изменений, прерываемых скачкообразными переходами к новым качественным состояниям.
Процессы самоорганизации биосферы во многом определяются солнечно-земными связями, и прежде всего потоками солнечной энергии, их качеством и периодичностью поступления. Достаточно давно человеком было замечено, что на Земле с определенной повторяемостью изменяется численность отдельных популяций животных и урожайность культур. Обобщил имеющиеся эмпирические данные и дал им теоретическое обоснование А.Л. Чижевский (1897-1964), представив их как «земное эхо солнечных бурь».
Изменение абиотических условий неоднократно приводило биосферу в неустойчивое состояние и ставило живое на грань вымирания. В точках бифуркации неизменно происходила смена форм живого вещества на более приспособленные к новым условиям. Она была связана с изменением строения и функций существующих структурных элементов организмов, появлением и развитием новых органных систем. Но и из старых форм сохранялись отдельные виды, сумевшие выжить. И сегодня мы наблюдаем следы былых биосфер Земли. Благодаря им существует то великое многообразие живых организмов, которое в конечном итоге определяет устойчивость ее развития. Однако в последнее столетие она оказалась нарушенной вследствие интенсивной производственной деятельности человека. Это чревато катастрофическими последствиями не только для живого вещества, но и всей планеты в целом.
ГУМАНИТАРНАЯ КАРТИНА МИРА
Экосистема - «любое природное
образование от кочки до оболочки»
Г.К. Ефремов
1. Понятие экосистема. Свойства экосистемы.
2. Концепция биогеоценоза. Отличия биогеоценоза от экосистемы.
3. Структура экосистемы.
4. Типы взаимоотношений в биогеоценозе.
5. Динамичность экосистемы.
1. Раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой называется синэкологией. Термин экосистема впервые ввел английский ботаник-эколог А. Тенсли в 1935 году. Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды обитания, объединенных в единое функциональное целое. С точки зрения А. Тенсли понятие «экосистема» приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга. Экосистема - основная функциональная единица в экологии.
«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляют собойэкологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).
Выделяют экосистемы различного ранга: микроэкосистемы (труп животного с микроорганизмами, дерево в стадии разложения, аквариум, лужица, капля воды, подушка лишайника), мезоэкосистемы (лес, пруд, река); макроэкосистемы (океан, континент, природная зона); глобальная экосистема (биосфера в целом). Географ и писатель Ефремов Г.К. дал шутливое определение: экосистема «любое природное образование от кочки до оболочки».
С точки зрения среды обитания выделяют следующие типы экосистем:
| Экосистема |
Наземные (биомы): Пресноводные: Морские:
Тундра, Хвойные реки, ручьи,озера, открытый океан,
бореальные леса, болота, пруды и др. эстуарии, рифтовые
Степи, Саванны, Пустыни. зоны, районы апвеллинга.
Свойства экосистемы:
1. эмерджентность (анг. Эмердженс – неожиданно появляющийся): наличие у целого (экосистемы) особых свойств, не присущих элементам. Одна ель не составляет хвойный лес, которому свойственны микроклимат, взаимосвязи и т.д.
2. биоразнообразие: любая система не может состоять из абсолютно одинаковых элементов, разнообразие элементов является необходимым условием функционирования. Закономерность: чем разнообразнее экосистема (биогеоценоз), тем устойчивее система.
3. динамичность: любая экосистема способна поддерживать свою устойчивость и самосохраняться. Устойчивое или стационарное состояние динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой внешней работой для чего необходим приток энергии,ее преобразование в системе и отток за пределы системы.
4. неравновесность: системы, функционирующие с участием живых организмов являются открытыми, поэтому для них характерно поступление и отток энергии и вещества, что невозможно осуществить в условиях равновесного состояния.
5. Саморегуляция: гомеостаз - способность биологических систем - организма, популяции и экосистем - противостоять изменениям и сохранять равновесие.
Таким образом, любая экосистема представляет собой открытую, динамичную, неравновесную экосистему.
2. Термин биогеоценоз предложен В.Н. Сукачевым в 1942 году. Это понятие территориальное, относящееся к участкам суши, занятых фитоценозами (по сути близко к понятию экосистема). Концепции экосистемы и биогеоценоза дополняют и обогащают друг друга. Для биоценозов характерны относительно устойчивый состав фауны и флоры, они обладают типичным набором живых организмов, которые сохраняют свои основные признаки во времени и пространстве. Биогеоценоз в отличии от экосистемы имеет более четкие границы. Поэтому различают сосняк бруснично-черничный, дубрава г. Брянска и т. д.
Ценоз – совокупность каких-либо живых организмов.
Биотоп (топос-место) – место проживания определенного ценоза.
Фитоценоз – совокупность сообщества растительных организмов, произрастающих на одной территории.
Зооценоз – совокупность животных, обитающих на одной территории.
Микробоценоз – совокупность микроорганизмов, обитающих на одной территории.
Биоценоз – организованнная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов, микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды.
Биогерценоз- совокупность фитоценоза, зооценоза, микробоценоза, проживающего на одном биотопе.
3. Структура экосистемы. Биогеоценозу присущи специфика взаимодействий слагающих его компонентов, их особая структура и определенный тип обмена веществ и энергии между собой и другими субъектами природной среды.
А) С точки зрения объекта в состав экосистемы входят такие компоненты:
1) неорганические вещества (С, N, СО 2 , Н 2 О, Р, О и др.), участвующие в круговоротах; 2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушная, водная и субстратная среды, включающие абиотические факторы; 4) продуценты - автотрофные организмы, в основном зеленые растения, способные производить пищу из простых неорганических веществ; 5) консументы, или фаготрофы (пожиратели), - гетеротрофы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества; 6) редуценты, или сапротрофы (питающиеся гнилью), - гетеротрофные организмы, в основном бактерии и грибы, получающие энергию путем разложения отмершей или поглощения растворенной органики. Сапротрофы высвобождают неорганические элементы питания для продуцентов и, кроме того, являются пищей для консументов.
Между структурными компонентами существует тесная пищевая взаимосвязь (пищевая цепь). Цепь питания –перенос энергии от ее источника через ряд организмов путем поедания одних другими.
Продуценты → консументы 1порядка → консументы 2 порядка → консументы 3 порядка → редуценты
Если цепь питания начинается с продуцентов, то называется пастбищная, если с редуцентов, то детритная. В экосистемах пищевые цепи не изолированы, а тесно переплетены и образуют пищевые сети. Место каждого звена в цепи питания называется трофическим уровнем. Конечным результатом пищевой цепи является рассеивание и потеря энергии, поэтому она состоит из 5….6 звеньев не более.
Функциональная схема экосистемы:
Функциональные взаимосвязи, т. е. трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Известны три основных типа экологических пирамид: 1) пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона); 2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества, - общий сухой вес, калорийность и т.д.; 3) пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных трофических уровнях.
Б) С точки зрения вида различают - видовую структуру биоценоза: характеризует разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. Чем выше видовое разнообразие, тем стабильнее биоценоз.
В) С точки зрения времени- пространственная структура: в ходе длительного эволюционного преобразования, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы в итоге приобрели четкое ярусное строение.
Г) С точки зрения экологической ниши – экологическая структура: каждый биоценоз складывается из определенных экологических групп организмов, которые могут иметь неодинаковый видовой состав, хотя и занимают сходные экологические ниши. Например, мухоловка-пеструшка и садовая горихвостка ловят насекомых в одном и том же лесу. Однако первая охотится только на уровне крон деревьев, а другая - в кустарниках и над почвой. Головастик питается растительной пищей, а взрослая лягушка- плотоядное животное.
4. Межвидовые взаимоотношения разнообразны. Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:
нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;
конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;
мутуализм - виды не могут существовать друг без друга (лишайник: водоросль и гриб; медоед и медоуказчик);
протокооперация (содружество) - оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу (кищечнополостные и краб, птицы – «чистильщики», уничтожающие личинок в коже у буйволов, лосей, кабанов, ослов, оленей, слонов, антилоп и др., птицы – “чистильщики» зубов крокодилов - тиркушки);
комменсализм - один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость: мальки ставриды под колоколом медуз, гриф и лев);
аменсализм - один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения (обычно наблюдается в растительном мире: клубника, если не обрывать усов, угнетающее сказывается на плодоношение и размеры, листовой поверхности);
хищничество - хищный вид питается своей жертвой. Является широко распространенным типом биотических отношений в природе.
Уникальным типом биотических связей является аллелопатия – химическое воздействие одних видов растений на другие при помощи своих продуктов метаболизма (эфирных масел, фитоциндов и т.д.). Например, орех и дуб своими выделениями угнетают травянистую растительность и размножение многих животных.
Впервые определение экосистемы как совокупности живых организмов с их местообитанием было дано Тэнсли в 1935 году. При экосистемном подходе к изучению экологии в центре внимания ученых оказываются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентом экосферы. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов. Вместе с тем в экосистемном подходе находит приложение концепция гомеостаза (саморегуляции), из которой становится понятным, что нарушение регуляторных механизмов, например в результате загрязнения среды, может привести к биологическому дисбалансу. Экосистемный подход важен также при разработке в будущем научно обоснованной практики ведения сельского хозяйства.
2. Общая структура экосистем.
Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых соответственно биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента называется сообществом. Исследование экосистем включает, в частности, выяснение и описание тесных взаимосвязей, существующих между сообществом и абиотическим компонентом.
Биотический компонент полезно подразделить на автотрофные и гетеротрофные организмы. Таким образом, все живые организмы попадут в одну из двух групп. Автотрофы синтезируют необходимые им органические вещества из простых неорганических и делают, за исключением хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике органического вещества и (за исключением некоторых бактерий) используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище. Гетеротрофы в своем существовании зависят от автотрофов, и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем.
Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает 1) почву или воду и 2) климат. Почва и вода содержат смесь неорганических и органических веществ. Свойства почвы зависят от материнской породы, на которой она лежит, и из которой частично образуется. В понятие климата входят такие параметры, как освещенность температура и влажность, в большой степени определяющий видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености.
3. Биотический компонент экосистем
Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами.
Движущей силой этих круговоротов служит, в конечном счете, энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического, компонента, такие, как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.
Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, таких, как механическая, химическая, тепловая и электрическая энергия. Переход одной формы в другую называется преобразованием энергии.
Таким образом, все живые организмы – это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистемы.
Фактически живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы – они используют свет и химическую энергию.
Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистем.
3.1. Солнце как источник энергии
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Солнце – это звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, примерно 10,5 * 10 6 кДж/м 2 в год, захватывается Землей. Около 40 % этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15 % поглощаются атмосферой (в частности, озоновым слоем в ее верхних частях) и превращаются в тепловую энергию или расходуются на испарение воды. Оставшиеся 45 % поглощаются растениями и земной поверхностью. В среднем это составляет 5 * 10 6 кДж/м 2 в год, хотя реальное количество энергии для данной местности зависит от географической широты. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем. И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы.
4. Пищевые цепи и трофические уровни
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
4.1. Первичные продуценты
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли – часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
4.2. Первичные консументы
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих – это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) – питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
4.3. Консументы второго и третьего порядка
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук →
→ землеройка → сова
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица
4.4. Редуценты и детритофаги (детритные пищевые цепи)