Человечество как популяционная система

Популяция человека, т.е. популяция особого вида - Homo sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличаются вследствие действия таких факторов, как искусственная среда, социально-экономические условия и др., называемых единым термином - социум.

Все люди на Земле образуют популяционную систему - человечество. Эта система ограничена доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами (Реймерс, 1994). Человек, уже зная достаточно о значении этих ограничивающих факторов, пока еще мало придает им значения, хотя социально-экономические факторы уже, в известной степени, выступают как регулирующие. О том, что человечество плохо осознает предел своей «толерантности» относительно этих ограничивающих факторов, является практически «безудержный» рост населения, т.е. численности популяции.

Но если действительно поведение человека разумно, тогда он, по Ю. Одуму (1975), должен:

1. изучать и понять форму собственного популяционного роста;

2. определить количественно оптимальные размеры и конфигурацию населения в связи с емкостью данной области;

3. быть готовым к принятию «культурной регуляции» там, где «естественная регуляция» не действенна.

Рост численности населения

Рост численности населения Земли подчиняется экспоненциальному закону, при этом прирост непостоянный, а в последние десятилетия шел с нарастающим итогом. Исходя из этого, экологи расценивают последние тенденции как чрезвычайно опасные. Так, в 70-е гг. ХХ в. население планеты увеличилось на 750 млн человек, в 80-е - на 840 млн, а прирост на 90-е гг. прогнозировался в 960 млн человек и, как видно из табл. 9.1, ежегодный прирост к концу ХХ в. прогнозировался почти в 100 млн человек, что подтверждается косвенными данными в настоящее время.

Таблица 9.1

Темпы роста населения Земли в 1950 - 2000 гг.
(Лестер Р. Браун, 1992)

Темпы роста населения Земли

Безусловно, такой прирост характеризует собой состояние «демографического взрыва» в человеческой популяции. Это наглядно видно на рис. 9.2, где показано, что еще 1,5 млн лет назад на Земле проживало примерно 500 тыс. человек. При продолжительности жизни в то время всего 20 лет, количество особей могло удвоиться лишь по прошествии 200 тыс. лет. В настоящее же время для этого требуется всего 35 лет.

Примерно девять тысяч лет тому назад на Земле проживало около 10 млн человек, в начале нашей эры - порядка 200 млн, а в середине ХVII в. - 500 млн. Уменьшая воздействие лимитирующих факторов вплоть до практически полного «снятия» их воздействия, человек подошел к миллиардному рубежу своей численности лишь примерно в середине ХIХ в. Но и в ХIХ в. возникали и возникают сейчас различного рода локальные и региональные катастрофы, связанные с болезнями, голодом (например, вследствие неурожаев), войнами и т.п. И несмотря на это и в ХХ в. численность населения продолжает расти, так как люди для себя, с помощью технологических, социальных и культурных перемен, увеличили емкость планеты, сделав обычно непригодные для жизни районы Земли обитаемыми (Миллер, 1993).

Переходя на язык моделей динамики популяций в природе, можно сказать, что регулирующая (ограничительная)роль K -факторов резко снизилась, и в динамике человеческой популяции преобладает r-стратегия. Не последнюю роль играют и особенности жизненных циклов людей: каждая особь участвует в размножении многократно и саморазмножение возможно в любое время года. В связи с этим государства создают законы, ограничивающие минимально допустимый возраст вступления в брак, разрабатывают мероприятия, поощряющие деторождение только в определенном возрасте и т.д.

Динамику роста народонаселения изучает наука демография. Ее данные очень важны для национального и международного планирования различных мероприятий, связанных с численностью населения, в том числе и ограничительных мер по ее стабилизации или даже сокращению, если это требуется по экологическим причинам. Демографические расчеты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать эти изменения на будущее.

На рис. 9.3 данные по возрастному составу населения представлены в виде возрастных пирамид.

Возрастная структура народонаселения

Рис.9.3. Возрастная структура народонаселения в 1970 г. в трех странах, различающихся скоростью роста численности населения:

а- Мексика (быстрорастущая популяция); б - США (медленно растущая популяция); в - Швеция(стационарная популяция) (Freedman, Berelson, 1974)

Возрастная пирамида отражает структуру населения данной местности или государства в целом и содержит в себе информацию о численности каждой возрастной категории людей, о характере роста населения, о позитивном или негативном влиянии условий жизни и др.

Строятся пирамиды в координатах возраст - численность (рис. 9.3). Каждый возрастной класс для различных животных, в зависимости от их продолжительности жизни, имеет различные интервалы, а для человека - интервал в пять лет. Он изображается в виде горизонтально «лежащего столбика», длина которого равна численности данного возрастного класса. Самый «младший» столбик укладывается в основании пирамиды, самый «старший» - ее венчает.

Из рис. 9.3 видно, что при экспоненциальном росте популяции возрастная структура зависит от скорости роста - чем быстрее растет популяция, тем длиннее «столбик» молодых особей и пирамида расширяется к основанию. Популяция может и не менять своей численности (r=0). Если во всех этих случаях соотношение возрастов сохраняется, то можно считать такие популяции стабильными.

Анализ возрастных пирамид позволяет человечеству с достаточной надежностью прогнозировать свое будущее и принимать соответствущие меры. В природе же эти процессы регулируются естественным путем, под влиянием экологических факторов.

Возрастная пирамида развивающихся стран сужается к вершине (рис. 9.4) вследствие того, что рождаемость высокая, а выживаемость людей в них низкая. В противоположность ей, пирамида населения развитых стран имеет почти отвесную стенку вплоть до старших возрастов, что свидетельствует о высокой выживаемости человека в более благоприятных условиях. Эти же пирамиды свидетельствуют о стремительном росте населения развивающихся стран, а также о нежелательном росте (если он есть) населения в развитых странах.

Общая численность и возрастной состав населения

Рис. 9.4. Общая численность и возрастной состав населения развивающихся
и развитых стран (соответственно заштрихованные и не заштрихованные части
диаграммы слева и справа). Верхняя диаграмма соответствует состоянию на 1980 г.,
а нижняя - прогнозу ООН на 2000 г. (Мау, 1980)

По последним данным, в развивающихся странах просматривается снижение рождаемости и, тем не менее, рост их численности к 2000 г. достаточно велик (см. рис. 9.4), что не может не тревожить общество. Рост этот будет происходить еще продолжительное время даже при снижении скорости роста (r) до нулевого значения. Это явление называют «инерцией роста численности», и оно связано с наличием большого количества молодых людей, не достигших детородного возраста. Поэтому, если даже «r» достигло бы нулевого значения без всякой задержки, то и в этом случае развивающиеся страны были бы обречены на увеличение общей численности населения вдвое, и только после этого могла бы наступить стабилизация (Бигон идр., 1989).

Тем не менее, по некоторым данным, есть уже слабая надежда на то, что пик «демографического взрыва» позади, ибо среднегодовой прирост в мире, составляющий 1,8% в 70-е гг. понизился до 1,7% в 80-е гг. (Лавров, 1990). Однако потребуются огромные усилия всего человечества для поддержания динамического равновесия в природе, в том числе целенаправленная демографическая политика, особенно в странах «третьего мира», где достигнутая плотность населения превышает все допустимые пределы.

Озабоченность тенденциями роста населения еще двести с лишним лет назад заставила Томаса Мальтуса написать трактат, ставший теперь всемирно известным. В нем он впервые математически доказал, что рост населения происходит по экспоненциальному закону, а количество продуктов сельского хозяйства увеличивается в арифметической прогрессии. Мальтус считал, что, если не прекратится бесконтрольное деторождение, нищета и голод будут неизбежны. Конечно, он ошибался в том плане, что не мог учесть в то время и предвидеть потенциальные возможности новых технологий для повышения продуктивности почв, огромных достижений генетики в области селекции сельскохозяйственных растений и животных и т.д. Он писал задолго до открытия принципов генетики Менделем, ничего еще не зная о биогеохимических круговоротах, возвращающих биогенные компоненты в почву, и др.

Т. Мальтус полагал, с повышением численности и ростом плотности населения, начнут регулировать численность человеческой популяции эпидемии, т.е. факторы, зависящие от плотности населения. Но успехи медицины, казалось бы, опровергли этот факт, однако постепенно он снова возник из небытия - ВИЧ-инфекция, рак, возврат прежних инфекций (туберкулез) и т.п. С усилением контактов между народами и ростом их численности эти и другие болезни, например, пандемии гриппа и ряд новейших заболеваний будут представлять собой все большую опасность для человечества. Но этой опасности есть альтернатива. Помнению Н. Ф. Реймерса, при экономически благоприятных условиях начнет реально действовать регулируемый механизм депопуляции и через три поколения (75 лет) человечество бесконфликтно сократится до 1,0-1,5 млрд.

Эти предположения Н. Ф. Реймерса не бесспорны, хотя достаточно оптимистичны. При теперешнем, весьма неспокойном мире, при далеко неравномерном экономическом развитии государств, достижение достаточно высокого уровня благосостояния хотя бы большинством людей в ближайшие десятилетия проблематично. По прогнозам же демографов, если все будет идти как идет сейчас, уже к 40-50 гг. ХХI в. численность населения на Земле достигнет предельной биологической емкости человеческой популяции (12-15 млрд человек), а это чревато ее «крахом» (см. рис. 3.4).

Иными словами, в полную силу вступают в свои права факторы естественной регуляции и, среди них, важнейшим будет истощение доступных человечеству ресурсов.

Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания человечества

Общие представления

В самом общем виде,применительно к человеку: «Ресурсы - это нечто, извлекаемое из природной среды для удовлетворения своих потребностей и желаний» (Миллер, 1993, Т. 1). Потребности человека можно разделить на материальные идуховные. Природные ресурсы в прямом их применении в какой-то части удовлетворяют духовные потребности человека, например, эстетические («красота природы»), рекреационные и т.п. Но главное их назначение - удовлетворять материальные потребности, т.e. создание материальных благ.

Итак, природные (естественные) ресурсы - это природные объекты и явления, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни.

Природные объекты и явления - это различные тела и силы природы, используемые человеком как ресурсы. Организмы, кроме человека и, в значительной степени, домашних животных, - черпают живые энергетические ресурсы непосредственно из окружающей природной среды, являясь частью биогеохимических циклов. Эти ресурсы по своему действию можно рассматривать и как экологические факторы, в том числе и как лимитирующие, например, большая часть пищевых ресурсов.

Человек, благодаря своим все возрастающим материальным потребностям, не может довольствоваться дарами природы только в той мере, при которой не должен нарушать ее равновесие, т.е. около 1% от ресурсов природной экосистемы, поэтому ему приходится использовать и те природные ресурсы, которые накоплены за миллиарды и миллионы лет в недрах Земли. Для создания материальных благ человеку необходимы металлы (железо, медь, алюминий и др.) и неметаллическое сырье (глина, песок, минеральные удобрения и др.), а также лесная продукция (строительный лес для производства целлюлозы и бумаги и т.д.) и многое другое.

Иными словами, природные ресурсы, используемые человеком, многообразны, многообразно их назначение, происхождение, способы использования и т.п. Это требует определенной их систематизации.

Классификация природных ресурсов

В основу классификации положено три признака: по источникам происхождения, по использованию в производстве и по степени истощаемости ресурсов (Протасов, 1985).

По источникам происхождения ресурсы подразделяются на биологические, минеральные и энергетические.

Биологические ресурсы - это все живые средообразующие компоненты биосферы: продуценты, консументы и редуценты с заключенным в них генетическим материалом (Реймерс, 1990). Они являются источниками получения людьми материальных и духовных благ. К ним относятся промысловые объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты, микроорганизмы, т.е. сюда относятся растительные ресурсы, ресурсы животного мира и др. Особое значение имеют генетические ресурсы.

Минеральные ресурсы - это все пригодные для употребления вещественные составляющие литосферы, используемые в хозяйстве как минеральное сырье или источники энергии. Минеральное сырье может быть рудным, если из него извлекаются металлы, и нерудным, если извлекаются неметаллические компоненты (фосфор и т.д.), или используются как строительные материалы.

Если же минеральные богатства используются как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная энергия) и одновременно как источник энергии в двигателях, для получения пара и электричества, то их называют топливно-энергетическими ресурсами.

Энергетическими ресурсами называют совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетических,топливно-энергетических, термальных и других источников энергии.

Второй признак, по которому классифицируют ресурсы - по использованию их в производстве. Сюда относятся следующие ресурсы:

земельный фонд - все земли в пределах страны и мира, входящие по своему назначению в следующие категории: сельскохозяйственные, населенных пунктов, не сельскохозяйственного назначения (промышленности, транспорта, горных выработок и т.п.), мировой земельный фонд - 13,4 млрд га;

лесной фонд - часть земельного фонда Земли, на которой произрастает или может произрастать лес, выделенные для ведения сельского хозяйства и организации природных особо охраняемых территорий; он является частью биологических ресурсов;

водные ресурсы - количество подземных и поверхностных вод, которые могут быть использованы для различных целей в хозяйстве (особое значение имеют ресурсы пресных вод, основным источником которых являются речные воды);

гидроэнергетические ресурсы,которые способна дать река, приливно-отливная деятельность океана и т.п.;

ресурсы фауны- количество обитателей вод, лесов, отмелей, которые может использовать человек, не нарушая экологического равновесия;

полезные ископаемые (рудные, не рудные, топливно-энергетические ресурсы) - природное скопление минералов в земной коре, которое может быть использовано в хозяйстве, а скопление полезных ископаемых образует их месторождения, запасы которых должны иметь промышленное значение.

С природоохранной точки зрения важное значение имеет классификация ресурсов по третьему признаку - по степени истощаемости. Истощение природных ресурсов с экологических позиций это несоответствие между безопасными нормами изъятия природного ресурса из природных систем и недр и потребностями человечества(страны, региона, предприятия и т.д.). На рис. 9.5 приводится схема классификации ресурсов по степени истощаемости.

Классификация природных ресурсов

Рис. 9.5. Классификация природных ресурсов

Неисчерпаемые ресурсы - непосредственно солнечная энергия и вызванные ею природные силы, например, ветер и приливы существуют вечно и вне ограниченных количествах.

Исчерпаемые ресурсы имеют количественные ограничения, но одни из них могут возобновляться, если есть к этому естественные возможности или даже с помощью человека (искусственная очистка воды, воздуха, повышение плодородия почв, восстановление поголовья диких животных и т.п). Однако очень важная группа ресурсов невозобновима. К ним относятся такие реликты древних биосфер, как топливо и железная руда, а также ряд руд металлов внутри земного (эндогенного) происхождения. Все они имеют ограниченные запасы в литосфере. Эти ресурсы конечны и не возобновляются.

Конечно, у человека есть возможности заменить наиболее дефицитные ресурсы на имеющие большее распространение и большие запасы. Но, как правило, подобно тому, как и при замене одних экологических ресурсов (например, пищевых) в экосистемах другими, понижается качество.

Таким образом, одним из важнейших лимитирующих факторов выживания человека как биологического вида (Homo sapiens) является ограниченность и исчерпаемость важнейших для него природных ресурсов. Но человек еще и социальное существо, поэтому для развития и выживания человеческого общества очень важен характер использования ресурсов.

В настоящее время человечеству доступны климатические и космические ресурсы, ресурсы Мирового океана и континентов. Постоянно растет количественное их потребление, растет их«ассортимент», зачастую без учета ресурсообеспеченности.

Ресурсообеспеченность - это соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Она выражается либо количеством лет, на которое должно хватить данного ресурса, либо его запасами из расчета на душу населения. На показатели ресурсообеспеченности прежде всего влияет богатство или бедность территории природными ресурсами. Но не меньшее значение имеют и масштабы их потребления (например, добыча полезных ископаемых), поэтому само понятие ресурсообеспеченность является социально-экономическим. Таким образом, о ресурсообеспеченности нельзя судить только по размерам запасов, а надо учитывать интенсивность извлечения (потребления их обществом).

Потребление природных ресурсов обусловлено прежде всего тем, что человек, стремясь «снять» влияние лимитирующих природных факторов, для того чтобы выжить и победить в конкурентной борьбе, начал создавать свои антропогенные экосистемы.

О фундаментальных типах экосистем

Человек, в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде, начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство - растениеводство и животноводство. Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась всего 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис. 10.1). На современном этапе, он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, может и не желая этого.

Динамика экологической системы

Рис. 10.1. Динамика экологической системы «Человек - окружающая среда»
(Тибор, 1979)

Энергия - это изначальная движущая сила экосистем, причем всех - и природных и антропогенных. Энергетические ресурсы этих систем могут быть неисчерпаемы - солнце, ветер, приливы - и исчерпаемы - топливно-энергетические (уголь, нефть, газ и т.п). Используя топливо, человек может добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю. Одум (1986) предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил четыре фундаментальных типа экосистем.

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые.

2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4. Индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным).

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее. Первые два типа - это природные экосистемы, а третий и четвертый - следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относят эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Хотя экосистемы первого типа неспособны поддерживать высокую плотность их фауны и флоры, но они занимают громадные площади - одни океаны это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца и они являются основой,стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы, проживающие здесь, например, в эстуариях, приспособились использовать «дополнительную» энергию приливов и течений, а в дождевых лесах - энергию ветра и дождя и т.п. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» без всяких забот и затрат со стороны человека на поддержание своей жизнеспособности и собственного развития, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но, главное, именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже с полным правом можно отнести третий тип - это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации - это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. - это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т.е. снижении видового разнообразия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
(по Миллеру, 1993)

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год, удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одного или нескольких растений (например, кукурузы, пшеницы, гороха и т.п). Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на обработку почв и т.п.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса. То, что мы называем сорняками, не что иное, как пионерные виды растений, вредителями - насекомые и другие животные, а возбудителями болезней - микроорганизмы. Сорные растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай, если активно не бороться с ними.

Животноводство - это так же путь к упрощению экосистемы, охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников, как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыбу прощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред так же ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

В целом же, нетрудно догадаться, что по мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые продуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов, осушения болот и т.п.) Для поддержания этих систем в «молодом» возрасте возрастет и использование топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов (см. табл. 10.1).

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы, например, засухи, ее уже не восстановить из-за разрушения генотипа. Но для жизни человечества они (экосистемы) необходимы, поэтому наша задача сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики - природные плюс субсидируемые человеком, и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе, а верхний предел притока энергии для любой постоянной, длительно функционирующей системы составляет около 50 000 ккал/м2 г. Однако существенно различие между системами в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими или вообще одним - двумя видами, а в природной - многими видами и веществами.

Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы, - тут энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах здесь ее расход на два - три порядка выше. Годовая потребность человека в пище - около 1млн ккал, но если подсчитать затраты энергии на душу населения, существующие реально, то они окажутся в десятки раз больше (так, в США они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты отличаются, но особенно большая разница между богатыми странами и развивающимися - она может быть в странах третьего мира в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны как бы находятся в стадии экосистемы первого - второго типа, в то время как развитые страны уже прошли все четыре типа экосистем.