Розділ 7 ГЛОБАЛЬНА ЕКОЛОГІЯ (ВЧЕННЯ ПРО БІОСФЕРУ)

З усіх синтетичних мінеральних добрив азотні добрива вимагають найбільш енергетичних витрат при їх виробництві і тому є найдорожчими. Однак у сільському господарстві не розроблені технології безвідходного застосування азотних добрив. Нітрати не цілком використовуються культурними рослинами і суттєво забруднюють ґрунтові води та водойми. Проблема нітратного забруднення навколишнього середовища в наш час стала однією з найбільш актуальних.

Біогеохімічний цикл фосфору. Цей цикл має найбільш простий характер (рис. 7.7). Основний запас фосфору зосереджений на планеті у вигляді гірських порід та мінералів. При їх вивітрюванні утворюються фосфати, які використовуються рослинами для побудови органічних речовин свого тіла. Після відмирання рослин фосфор мінералізують мікроорганізми-редуценти. Втрати фосфору з біогеохімічного циклу пов'язані в основному з винесенням фосфору в моря та океани. Звідти назад на суходіл він може потрапити тільки через рибу або гуано.

Фосфорні добрива виробляють в основному з гірських порід. Таке переведення фосфору з депо в активну частину біогеохімічного циклу так само, як у випадку з азотом, має негативні наслідки. Не використаний культурними рослинами фосфор у результаті ерозії надходить до водойм, що призводить до евтрофікації.

Особливістю природних екосистем є повторне використання біогенних речовин. Хоча в біогеохімічних циклах деякі з таких елементів і губляться, надходячи в депо, і робляться недоступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний. Антропогенне природокористування вносить у біогеохімічні цикли чимало перешкод. Так, поширеність процесів спалювання палива, в т.ч. і для потреб сільськогосподарського виробництва, призводить до надходження в атмосферу близько 20 млрд тонн вуглекислого газу та 700 млн тонн інших газів і твердих часток. Самі вирубки лісу призводили тільки на території СРСР до винесення з екосистем лісу до 1,2—5 тис. тонн фосфору, 6—20 тис. тонн азоту та 1,2—6 тис. тонн кремнію. Перенесені в урбанізовані райони або в аґроекосистеми, ці речовини виявляються або зовсім, або тимчасово виключеними з природного їх кругообігу. Ці процеси, по суті, ведуть до появи нового техногенного типу кругообігу хімічних елементів.

7.6. Стабільність біосфери. Ноосфера, управління біосферою

Біосфера володіє потужною буферною дією щодо багатьох зовнішніх впливів. Це забезпечує загальну стійкість та створює сприятливі стабільні умови існування організмів. У межах біосфери пом'якшується дія вітру, посушливість повітря та ґрунту, підтримується певне співвідношення між концентрацією кисню та вуглекислого газу в атмосфері, звужується амплітуда коливань температури. Але всі ці якості біосфери не можуть протистояти нерозумним діям людини і різко падають при антропогенних впливах. Так, посухи порівняно безпечні для природних екосистем, але вони завдають відчутні збитки аґроекосистемам.

Зберегти ґрунтово-кліматичні умови великих регіонів планети та забезпечити їх стійкість можна тільки при наявності в цих регіонах досить великих за площами природних біомів.

Для стійкості біогеохімічних циклів велике значення мають депо біогенних хімічних речовин в грунті. Ґрунт — це зовсім особливе за своїми властивостями природне тіло. У біосфері ґрунт виконує безліч специфічних функцій. Він забезпечує рослини всіма необхідними поживними речовинами, утримує в собі велику кількість вологи, перешкоджає її швидкому стоку до рік, У сільському господарстві ґрунт є компонентом виробництва .

Ґрунти в різних біомах та різних природних зонах досить сильно відрізняються між собою. У помірних широтах властивості ґрунтів такі, що гумус добре утримує катіони та аніони біогенних елементів, їх вивільнення йде поступово, і це забезпечує збереження родючості ґрунту на тривалий час, а також створення біологічної продукції. На противагу цьому, в тропіках, завдяки високій температурі та вологості, мінералізація йде досить швидко. Видужування ґрунтів та вимивання з них іонів мінеральних речовин проходять досить активно. Тому аґроекосистеми тропічних широт, порівняно з екосистемами помірних зон, більш вразливі та швидше деґрадують. Цей процес тут часто завершується запустелюванням та виключенням територій із сільськогосподарського використання.

Важливими учасниками біогеохімічних циклів є ґрунтові мікроорганізми. Ґрунт одночасно слугує як депо для багатьох речовин, за рахунок якого гасяться флуктуації, що виникають при переході речовин з однієї ланки біогеохімічного циклу до другої. Особливо важливий щодо цього гумус ґрунту. У ньому продукти розкладу органічних речовин утримуються тривалий час. Наприклад, у дерново-підзолистому ґрунті об'єм можливих нових включень органічної речовини становить 300 кг/га, в чорноземах — 160 кг/га. Чимало речовин, що надходять до ґрунту, можуть утримуватися в ньому за рахунок адсорбції та інших фізико-хімічних процесів. Ємність ґрунтів за рахунок такого типу поглинання сягає 225 кг/га на рік.

Екологічне нормування має базуватися на аналізі властивостей екосистеми, найважливішою з яких є стійкість до зовнішнього впливу.

Вплив великомасштабних змін навколишнього середовища на живі організми, безперечно, відбивається на стійкості екологічних систем, до яких входять ці організми. Слід мати на увазі, що екологічні системи, так само як і окремі види організмів, були об'єктом тривалого еволюційного процесу, у ході якого менш стійкі системи зникали і зберігалися тільки ті екологічні системи, стійкість яких стосовно коливань зовнішніх чинників була досить високою.

Загалом стійкість біологічних систем можна охарактеризувати як внутрішньо притаманну біосистемі здатність підтримувати на визначеному рівні протягом тривалого часу свої основні параметри та відновлювати їх після порушень. Кількісно оцінити стійкість досить складно, але вченими були відзначені деякі закономірності в здатності екосистем підтримувати свій рівноважний стан: стійкість угруповання тим вища, чим більший час воно може існувати, не зазнаючи значних змін. Більш стійкі угруповання повинні мати більшу різноманітність життєвих форм і екологічних ніш.

У результаті впливу екологічних чинників успіх живих організмів у боротьбі за існування визначається значною мірою їхнім пристосуванням до умов, які сприяють підтриманню стійкості екологічних систем. У зв'язку з цим природний добір має тенденцію до збереження організмів, еволюція яких підвищує стійкість екологічних систем.

Думка про роль людства, яке перетворює біосферу на базі наукових знань на благо кожної людини, не залишала В.І. Вернадського весь останній період його життя.

Ноосфера (від грецьк. "нооз" — розум) — це сфера взаємодії суспільства й природи, у межах якої розумна діяльність є головним, визначальним чинником розвитку. У понятті ноосфери підкреслюється необхідність доцільної взаємодії людства та природи. На думку В.І. Вернадського, ставлення суспільства до природи зумовлене не тільки науково-технічними досягненнями, а й соціальними чинниками.

Поняття "ноосфера" вперше вжив у 20-ті роки XX ст. французький палеонтолог і філософ Тейяр де Шарден. У його розумінні ноосфера — ідеальна, духовна ("мисляча") оболонка Землі, що виникла з появою і розвитком людської свідомості. В.І. Вернадський вважав, що головна сила перетворення біосфери в ноосферу в інтересах людства — це поєднання розуму з ідеалами демократії. Вихід з екологічної кризи може бути тільки у використанні розуму людства (у вигляді суми знань і технологічних розробок) не лише для експлуатації природних ресурсів, а й для їхнього збереження і примноження.

На жаль, наявна екологічна ситуація не може бути змінена природними системами регуляції, що еволюційно сформувалися на різних рівнях організації живої матерії. Вирішення проблеми передбачає активне регулююче втручання людини в біосферні процеси, аж до спрямованого контролю чисельності та біологічної активності економічно значущих видів і формування штучних екосистем із заданими властивостями. В основі вирішення цього завдання повинні бути глибокі знання природних законів формування й функціонування біологічних систем різного ранґу.

Тільки на базі пізнання фундаментальних екологічних закономірностей, з використанням сучасних наукових і технічних досягнень, вдасться сконструювати систему гармонійної взаємодії людства і живої природи. В.І. Вернадський, як вче-ний-матеріаліст, визначив місце людини у біосфері трьома положеннями:

Людина, як вона спостерігається в природі, як і всі живі організми, як і вся жива речовина, є певною функцією біосфери, в певному її просторі — часі.