Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы по теме диссертации 13
1.1. Оценка и управление экосистемами природных резерватов 13
1.2. Исследования в области математизации экологических процессов 18
1.3. Изучение особенностей управления историческими территориями 22
Глава 2 Объекты, терминология и методика исследования 30
2.1. Терминология 30
2.2. Участки отбора проб 36
2.3 Определение активности фитофагов-дендробионтов 44
2.4. Учет филлофагов 44
2.5. Учет ксилофагов 47
2.6. Методы авиа учета млекопитающих 49
2.7. Методика зимнего наземного учета млекопитающих 52
Глава 3. Принципы измерения параметров жизнедеятельности охраняемых экосистем и управления экосистемами природных резерватов 55
3.1. Инерционные свойства экосистем 55
3.2. Принцип единства процессов круговорота живого вещества 59
3.3. Принцип инерционных свойств экосистем природных резерватов
3.4. Принцип максимальных и минимальных интенсивностей круговорота живого вещества
3.5. Принципы стабилизирующего управления экосистемами 62
Глава 4. Закономерности жизнедеятельности экосистем природных резерватов 65
4.1. Функциональное состояние модельных экосистем 65
4.2. Флуктуации показателя жертва-хищник 72
4.3. Зоны (стадии) изменения экосистем 84
4.4. Облигатная зона (стадия) экосистемы 85
4.5. Реципиентная зона (стадия) экосистемы 86
4.6. Донорная зона (стадия) экосистемы 87
Глава 5. Ситуационное регулирование стратегии управления экосистемами природных резерватов 99
Выводы 102
Список литературы 103
- Оценка и управление экосистемами природных резерватов
- Инерционные свойства экосистем
- Функциональное состояние модельных экосистем
Введение к работе
Актуальность темы исследования 4
Цель и задачи исследования 6
Научная новизна 6
Теоретическое значение работы 7
Практическая значимость результатов 7
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями . 7
Реализация результатов исследования 8
Апробация работы 9
Декларация личного участия автора 11
Основные положения, выносимые на защиту 12
Публикации 12
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 13
Оценка и управление экосистемами природных резерватов
Большинство современных авторов исследующих экосистемы резерватов и управление ими используют традиционный неформализованный биологический подход. В этом направлении наработан большой научный материал. Десятки специальных сборников и монографий появилось только за последние два десятилетия. Среди важнейших работ, посвященных управлению экосистемами резерватов назовем исследования Usher (1975), А.А. Насимовича (1979г), Р. Пайла (1983) и коллективную работу В.Е. Соколова, К.П. Филонова, Ю.Д. Нухимовской, Г.Д. и Шадриной (1997).
В 1970 г. появилась работа Эренфельда (Ehrenfeld, 1970) в которой автор ставил вопрос о необходимости управления экосистемами природных резерватов. Важнейший вывод, который он сделал в работе состоит в том, что «прежде чем пытаться регулировать состояние какого-либо природного сообщества, нужно знать его основные элементы и их важнейшие взаимоотношения. Каждое такое сообщество должно быть охарактеризовано по меньшей мере в отношении видового состава, численности популяций и, если возможно, истории флуктуации этих переменных». Этому же автору принадлежит и еще одна стратегическая мысль: управление природным резерватом должно быть гибким и независимым от каких-то предвзятых экологических идей и моделей.
Первые серьезные аналитические разработки о менеджменте экосистем резерватов сделал энтомолог Р. Пайл (R.M. Pyle) в 1980 г. Русский перевод его статьи появился три года спустя (Пайл, 1983). Пайл сформулировал несколько важных принципов управления природными сообществами, которые впоследствии поддерживались многими зарубежными и отечественными авторами. Среди этих принципов мы выделим пять, на наш взгляд важнейшие. При этом подчеркнем, что первый из перечисленных ниже принципов Пайл выделяет как обобщение широко распространенного среди биологов мнения.
1. Управление природным резерватом должно быть направлено, прежде всего, на защиту и вечное сохранение природного разнообразия.
2. Разные группы организмов по-разному реагируют на управленческие действия, поэтому сохранение природного разнообразия может оказаться недостижимой целью.
3. В деле управления природными резерватами необходимость охранять природу более существенна, чем соображения рыночной экономики.
4. В процессе управления природным резерватом необходимо сочетание трех факторов: здравого смысла, интуиции и научно обоснованных действия.
5. Управление природным резерватом бессмысленно без четкой целенаправленности действий.
Кроме основных принципов управления, Пайл сформулировал и основные методологические подходы (он называет их проблемами), с помощью которых необходимо и возможно вмешиваться (управлять) в жизнедеятельность резерватов:
поддержание сукцессионных стадий охраняемых сообществ;
устранение или ослабление воздействия чужеземных видов организмов;
предотвращение антропогенного воздействия;
реанимация сообществ после нежелательных антропогенных форм воздействия; реанимация сообществ после климатических и гидрологических катаклизмов;
устранение или ослабление уровня загрязнения воздуха, воды, шумового загрязнения;
борьба с болезнями и инвазиями, которые не могут быть пережиты экосистемами резервата из-за небольшой площади резервата;
борьба с легальной добычей полезных ископаемых и водопользованием на территории резервата;
противодействие вымиранию видов.
Несмотря на детальную проработку проблемы Пайл в заключительной части статьи признается в отсутствии таких алгоритмов управления, которые были бы универсальными, годились для широкого круга резерватов. В результате, он формулирует в последнем абзаце своей работы последний (в нашей нумерации шестой) принцип управления. Суть его заключается в том, что менеджмент любого природного резервата действует только в режиме ad hoc (лат.выражение), то есть пригоден только для конкретного случая и не может быть тиражирован.
Инерционные свойства экосистем
Для оценки состояния экосистем природных резерватов и выявления закономерностей их жизнедеятельности, необходимых для практики заповедного, дела в работе сформулированы и использованы аксиоматические принципы (постулаты), пригодные для любой экосистемы земного типа. Из каждого принципа выведены методологические следствия, которые определяют подходы к измерению (оценке) и управлению экосистемами природных резерватов. В работе синонимом жизнедеятельности принято понятие круговорота живого вещества.
Исторически сложилось так, что обыденные знания о природе связываются в первую очередь с представлением о механических процессах. Поэтому представляется естественным, что такое знание не всегда способствует пониманию специфики биотического взаимодействия, а в некоторых случаях даже мешает ему. В частности популярна идея о том, что всякое биологическое явление можно вполне точно объяснить физическими и химическими процессами и законами. Это приводит многих исследователей к уходу от собственно биологического мировоззрения и, фактически стимулирует развитие не биологии, а физических и химических наук. В то же время, признавая единство материального мира, можно ожидать открытия общих закономерностей в характере физических и биологических явлений, которые опирались бы на специфические свойства живой и неживой материи, то есть описывались бы инвариантными законами. Представляется естественным, что такая работа не может базироваться ни на обыденном знании, ни на знании физической картины мира.
Основные законы физики описываются в инерциальных системах отсчета в четырехмерном пространстве (точнее пространстве-времени) координатами собственно пространства (х, у, z) и координатой времени (t). Согласно принципа относительности Галилея-Эйнштейна физические процессы в своих существенных признаках одинаковы во всех таких системах, то есть законы остаются неизменными если их переносить из одной системы отсчета в другую.
Существование биологических и экологических инвариантов физических законов обозначали в своих исследованиях многие ученые. Однако эти попытки не приводили к появлению ал оритмов математического прогнозирования биологических процессов. Часто доминирующим способом кратковременного прогноза в биологии и экологии остается либо профессиональная интуиция, либо математическое моделирование. Первый из них, не точен из-за отсутствия количественных параметров, второй - из-за нарастающей неопределенности сложных моделей.
По-видимому, для того, чтобы сконструировать картину живой природы инвариантную физической картине мира (а значит, получить возможность более точного кратковременного прогнозирования) необходимо принять пригодную для этого инерциальную систему отсчета. Допустим, что инертность это свойство любого функционирующей экосистемы. Постулируем для этого случая, что такое свойство проявляется в способности объекта сохранять неизменными внутренние процессы (прежде всего круговорот живого вещества) при отсутствии внешнего воздействия. В дополнение к этому, постулируем способность экосистем, ускорять или замедлять (W) свои функции при постоянном действии внешних сил (F). В таком случае мы можем формально использовать понятие инертности экосистем (Мо) инвариантное физической величине, но насыщенное экологическим содержанием: способностью экосистемы к жизнедеятельности, например, к круговороту живого вещества. Если признать, что такие инерционные свойства экологических систем не противоречат биологическим законам, то к ним может быть применен в качестве инвариантного упомянутый принцип относительности и некоторые законы природы инвариантные физическим законам.
Функциональное состояние модельных экосистем
В главе приводятся авторские данные измерений интенсивности функционального состояния крупных экосистем резерватов (построенные на сведениях о кинетике активности млекопитающих и беспозвоночных филлофагов). В совокупности с данными других авторов эти материалы позволили выявить несколько закономерностей изменения экосистем резерватов. Основные материалы собраны в модельных экосистемах, условно совпадающих с эколого-орографическими участками Самарской Луки. Глава имеет цель доказать справедливость утверждения, что эффективная охрана природы в природных резерватах невозможна без продуманного и научно обоснованного управления экологическими механизмами, о чем автор неоднократно писал в предшествующие годы (Рощевский, 1991а,б, 1993, 1995, 1996, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004; Розенберг и др., 1999; Рощевский, Лазарева, 2000).
Для приведения параметров активности разных видов организмов к сопоставимому виду в работе использованы показатели относительной плотности населения и относительной численности популяции. Эти параметры рассчитывались как отношение максимально возможного показателя к реальной плотности населения или численности в рассматриваемом диапазоне. Такой подход с одной стороны позволял сравнивать результаты экологических измерений в разных ситуациях, разных местах и в разные годы, с другой - зная насколько сильно отличается каждый параметр от максимального, можно предвидеть в каких случаях возможно появление артефактов (см. гл. 3).
Национальный парк «Самарская Лука» начал действовать 24 июля 1985 г. Жигулёвский природный заповедник последний раз был открыт в 1966 г. Эти даты позволяют утверждать, что до середины 1985 г. все экосистемы полуострова могли испытывать серьезные проблемы из-за нерегулируемого антропогенного влияния. Для доказательства этой гипотезы мы проанализировали масштабы рубок леса и численность некоторых крупных животных в предшествующие два десятка лет (Рис. 2, 3, 4). Эти рисунки включают собственные данные автора, литературные и опросные сведения. В частности использованы публикации В.Н. Белянина (1977, 1981), Г.П. Коротаева (1983), И.М. Шабалина (1992).
Из рисунков видно, что двадцатилетие перед созданием национального парка экосистемы этой территории испытывали серьезные проблемы. Ежегодно вырубалось 20-30 тысяч кубометров деловой древесины. Выбрасывались и сжигались огромные количества порубочных остатков, которые стимулировали аномально большую численность фитофагов. Суммарная площадь, освобождаемая от леса при рубках доходила до 800-900 га в год. Освобождающиеся площади зарастали порослевым лесом, прежде всего липой. Аномальная плотность молодых деревьев приводила к постоянно высокой численности паразитов древесных пород. В частности, порослевые липняки в огромном количестве заражались тиростромозом и одновременно служили обильной пищей для лося.
Численность копытных и волка определялись не естественными флуктуациями, а отстрелом животных. Лишь с созданием национального парка (1985 г.) соотношение численности копытных и волка стало нормализоваться: сформировались нормальные антифазные смещенные флуктуации. Что касается рубок леса, то максимальную за 6 лет нагрузку наземные экосистемы испытали от рубок в первый год существования национального парка.
В целом, на территории будущего национального парка многие годы (ежегодно!) существовало аномально высокое уничтожение органики растительного и животного происхождения. Наземные экосистемы пребывали в крайне не стабильном функциональном состоянии, когда круговорот живого вещества был очень высок.
Естественно, - эти процессы серьезно изменяли (ежегодно!) состояние наземных экосистем не только будущего парка, но и заповедника. В заповеднике специалисты фиксировали мощные вспышки тиростромоза липы, болезни и высокую смертность дуба (Лесопатологическое обследование..., 1986), опасно высокую численность кабана и лося (Коротаев, 1983). Таким образом, до создания национального парка экосистемы заповедника вынужденно пребывали в ситуации аномально высокой интенсивности круговорота живого вещества. На заседаниях ученого совета заповедника постоянно обсуждались проблемы высокой численности копытных, что отрицательно сказывалось на численности особо редких видов флоры.
