Управление природными популяциями

Проблема управления природными популяциями организмов стоит перед человеком и в той или иной мере решается на протяжение всей истории существования самого человека как биосоциального вида. При этом, характер воздействия на популяции всецело определяется значимостью этих популяций для человека, определяемой условно как "полезность" или "вредоносность". В число первых, если из рассмотрения исключить культивируемые человеком организмы, попадают те виды, жизнедеятельность которых обеспечивает, чаще всего косвенно, благоприятные условия для жизнедеятельности самого человека или повышения продуктивности организмов непосредственно используемых человеком. Сюда относятся, в менее явной форме, видовые популяции, участвующие в процессах регенерации почвы, воды и воздуха, а в более явной форме, - популяции опылителей культурных растений, хищников, паразитов, паразитоидов и патогенов - регуляторов численности популяций, конкурирующих с человеком за источники используемой органики или снижающих продуктивность "окультуренных" видов. Популяции же видов-конкурентов человека и культивируемых человеком организмов составляют вторую группу - "вредоносных". Степень значимости таких "вредителей" для человека легко понять, если учесть, что, например, мировые потери урожая культурных растений от вредных организмов составляют около 10 %.

Используемые понятия "вред", "вредоносносный", "вредные организмы", так же как и противоположные - "польза", "полезность", "полезные организмы" весьма относительны и имеют смысловую нагрузку только в контексте рассмотрения социальных аспектов деятельности человека. Как проявления биотических отношений, даже касательно биологических популяций человека, они отражают необходимые естественные механизмы регуляции численности и активности популяций в рамках конкретных локальных экосистем.

Использование фитофагов, хищников, паразитоидов, паразитов и патогенов для снижения численности популяций вредных видов - "биологический метод борьбы".

Биологический метод подавления численности популяций представляет собой использование известных антагонистических пищевых отношений между вредным видом и агентом биологической борьбы. Его эффективное использование возможно, как правило, в искусственных экосистемах и предполагает более или менее быстрое смещение численного соотношения взаимодействующих популяций в пользу вида -агента. В практике используются несколько способов насыщения среды полезным видом: создание благоприятных условий (подкормка, устройство убежищ и гнездовий и др.); сезонная колонизация; наводняющий выпуск; внутриареальное переселение; интродукция и акклиматизация.

Общие требования к агентам биологического подавления популяций: экологическая совместимость, синхронизация с подавляемым видом во времени, выраженная положительная реакция на плотность популяции подавляемого вида, высокий репродуктивный потенциал или темп размножения, способность к поиску (для фитофагов, хищников и паразитоидов), способность к расселению, высокая специфичность к подавляемому виду, пригодность к искусственному разведению или содержанию в культуре, требуемая эффективность. Для патогенов, применяемых в форме микробиологических препаратов, кроме того легкость производства и возможность хранения без потери вирулентности.

Экологические основы генетического, этолого-физиологичес-кого, агротехнического, химического, физического, механического и организационного (карантин) методов контроля численности популяций.

Генетический метод применим для подавления популяций бисексуальных животных, оплодотворению у которых предшествует однократное спаривание с осеменением. В его основе лежит использование химических или физических воздействий на самцов, привлекаемых феромонными приманками, вызывающих стерильность. Оставаясь жизнеспособными, они участвуют в спаривании и исключают из размножения большую или меньшую часть фертильных самцов, что приводит к снижению численности дочернего поколения. При использовании пищевых приманок стерилизации подвергается и часть самок, фактически исключая из размножения спаривающихся с ними самцов. В целом этот метод базируется на нарушении половой структуры популяции.

Близок к предыдущему, н относящийся уже к этолого-физиологической группе "метод создания самцового вакуума". Здесь половая структура популяции нарушается путем массового вылова самцов ловушками с половым феромоном самки. Другие методы этой группы: дезориентация самцов рассеянными капсулами с половым феромоном; использование гормонов (в препаратной форме), нарушающих процессы развития, применение ингибиторов синтеза хитина; пищевая дезориентация аттрактантами и антифидантами.

Агротехнические методы предполагают изменение среды обитания вредного вида в неблагоприятную для его жизнедеятельности сторону: уменьшение возможности получения дополнительного питания в период размножения; нарушение условий прохождения метаморфоза или покоя (спячки, диапаузы и др.); изменение свойств среды (известкование почвы, создание повышенной освещенности, регулирование влажности и др.); селекция культивируемых организмов на устойчивость к повреждениям; смена культур в севообороте с соблюдением пространственной изоляции.

Более жесткое управление популяциями обеспечивают химические методы. Они основаны на внесении в среду обитания вредного вида искусственно синтезированных веществ общетоксического или нейротоксического действия. По способу проникновения в тело особи различают пищевые, дыхательные и контактные яды. С позиций факториальной экологии яды можно рассматривать как ограничивающий фактор.

Физические методы по общим характеристикам сходны с химическими, но отличаются от них тем, что в среду обитания вносится не "новое" вещество, а энергия: электромагнитная (в гамма-, ультрафиолетовом, оптическом, инфракрасном диапазоне); электрическая; тепловая или же природное вещество в экстремальном положительном или отрицательном значении (в том числе высокое давление и вакуум).

Как отдельная группа рассматриваются механические методы, предусматривающие устройство барьеров и ловушек для видов не способных эффективно преодолевать гравитационное притяжение или использование механической энергии для прямого воздействия на живые тела.

Карантин представляет собой систему организационных мероприятий направленных на недопущение или предотвращение распространения вредных видов на новые территории.

История биологического метода контроля численности популяций насчитывает немало удачных программ. В том числе: - полное подавление опунции в Австралии с использованием кактусовой огневки (1925-27 гг.); - значительное подавление зверобоя в США (с 300 до 2 млн. га) с помощью двух европейских видов жуков (листоеда и златки); - частичное подавление заразихи, повилики, горчака и амброзии в Европе; - полное подавление австралийского желобчатого червеца в Калифорнии и Абхазии с помощью жука родолии (сем. божьи коровки); - практически полное подавление малярийного плазмодия в Европе, Северной Африке и Передней Азии с использованием гамбузии против основного хозяина плазмодия - малярийного комара; - широкое использование клеща фитосейулюса против паутинного клеща в теплицах и оранжереях; - подавление калифорнийской щитовки с помощью паразитоида - проспальтеллы; - широкое, во всем мире, использование паразитоида-яйцееда - трихограммы против бабочек листоверток, белянок и совок в агроценозах; - ставшее обычным применение грибных, бактериальных и вирусных препаратов против листогрызущих насекомых и мышевидных грызунов; - подавление популяции кроликов в Австралии вирусом-возбудителем миксоматоза.

В целом, биологический метод управления численностью популяций, хотя и считается экологически чистым, требует наиболее полного экологического обоснования, поскольку затрагивает при использовании многочисленные структурно-динамические связи экосистем.

7.4. Законы, принципы и правила функционирования системы "человек-природа"

Правило ускорения исторического развития: чем стремительнее под воздействием антропогенных причин изменяются среда обитания человека и условия ведения им хозяйства, тем скорее по принципу обратной связи происходит перемена в социально-экологических свойствах человека, экономическом и техническом развитии общества.

Правило демографического насыщения (отражение правила максимального воспроизводства): в глобальной или регионально изолированной совокупности количество народонаселения всегда соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека. (Более полно давление человека на среду отражено в правиле технико-социально-экономического насыщения.)

Закон незаменимости биосферы (В.И.Вернадский, Д.П.Марш, Э.Реклю): "Нет никаких оснований для надежд на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды с той же степенью точности, что и естественные сообщества. Поэтому сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает устойчивости окружающую среду, которая не может быть восстановлена за счет создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству."

Закон необратимости взаимодействия человек-биосфера: возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а поэтому - превышения возможностей их восстановления.

Правило исторического роста продукции за счет сукцессионного омоложения экосистем действовало до недавнего прошлого, - практически, до перехода сельскохозяйственного производства на индустриальные технологии. "Омоложение" достигло своего предела, энергозатраты возросли в 5-50 раз.

Закон убывающей отдачи А.Тюрго - Т.Мальтуса: повышение удельного вложения в агроэкосистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности.

Принцип естественности, или правило старого автомобиля: со временем эколого-социально-экономическая эффективность технических устройств, обеспечивающих "жесткое" управление природными системами и процессами, снижается, а экономические (материальные, трудовые, денежные) расходы на их поддержание возрастают.

Правило меры преобразования природных экосистем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания и обычно ограниченные заметным изменением природных систем трех сопряженных уровней иерархии.

Несколько законов, переложенных на обиходный, легко доступных для понимания, язык и потому не требующих расширенных комментариев, известны как Законы Б.Коммонера (1974):

1. Все связано со всем.

2. Все должно куда-то деваться.

3. Природа "знает лучше".

4. Ничто не дается даром.

Выводы из "правил":

Единица возобновимого ресурса может быть получена лишь в некоторый, определяемый скоростью функционирования системы отрезок времени. В течение этого отрезка времени нельзя переходить рубежи ограничений, диктуемых всеми теоремами экологии.

Перешагнуть через фазу последовательного развития природной системы с участием живого, как правило, невозможно.

Проведение хозяйственных мероприятий рационально лишь в рамках некоторых оптимальных размеров, выход за которые в меньшую и большую стороны снижает их хозяйственную эффективность.

Преобразовательная деятельность не должна выводить природные системы из состояния равновесия путем избытка какого-то из средообразующих компонентов, то есть, если это необходимо, требуется достаточная компенсация в виде относительно непреобразованных природных систем (например - оптимальная лесистость).

Преобразование природы (если оно не восстановительное) дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения каких-то показателей в смежных областях или в биосфере в целом.

Хозяйственное воздействие затрагивает не только ту систему, на которую оно направлено, но и ее надсистемы, которые, согласно принципу Ле Шателье - Брауна, "стремятся" нивелировать производимые изменения. В связи с этим расходы на преобразование природы никогда не ограничиваются лишь затратами на непосредственно планируемые воздействия.

Природные цепные реакции никогда не ограничиваются изменением вещества и энергии, но затрагивают динамические качества систем природы.

Вторичное постепенно сложившееся экологическое равновесие, как правило, устойчивее, чем первичное, но потенциальный "запас преобразований" при этом сокращается.

Несоответствие "целей" естественно-системной регуляции в природе и целей хозяйства может приводить к деструкции природного образования (то есть силы природы и хозяйственных преобразований при большей величине последних в ходе противоборства сначала "гасят" друг друга, а затем природная составляющая начинает разрушаться).

Технические системы воздействия в конечном итоге (в длительном интервале времени) всегда менее хозяйственно эффективны, чем направляемые естественные.