1.4. Головні екологічні закони, правила і принципи

У 1994 році М. Реймерс вирізнив близько 250 законів, закономірностей, принципів і правил, якими користується сучасна екологія.

Закон мінімуму (Ю. Лібіх): біотичний потенціал (життєздатність, продуктивність організму, популяції, виду) лімітується тим з екологічних факторів середовища, який перебуває в мінімумі, хоча інші умови сприятливі.

Закон стверджує, що якщо хоч один з екологічних факторів, які впливають на організм, наближається до мінімальної величини, то, незважаючи на оптимальне значення інших факторів, особинам загрожує загибель. Цей фактор називають обмежуючим або лімітуючим.

Практичне застосування закон Лібіха має насамперед в агрономії. Фактична врожайність визначається кількістю в ґрунті того елемента, потреби рослин в якому задовольняються найменшою мірою. Наприклад, у грунті всі елементи мінерального живлення є у достатній кількості для рослин, крім одного з них – бору. Ріст рослин на цьому грунті буде пригніченим і ніякий інший елемент не може замінити цей елемент.

Правило має винятки, є фактори, які можуть один одного компенсувати. Наприклад, у грунті мало нітратів – можна замінити їх аміаком, тоді рослина споживає обидві форми азоту (і нітратну, і аміачну).

Правильне і своєчасне визначення лімітуючого чинника надзвичайно важливе для складання точного екологічного прогнозу, для своєчасного уникнення проблем.

Якщо кількість та якість екологічних факторів близькі до мінімуму, необхідного для організму, він виживає, якщо менші за цей мінімум, організм гине, екосистема руйнується.

Закон толерантності (В. Шелфорд): чинники середовища, які мають у конкретних умовах несприятливе значення, обмежують можливості існування виду в даних умовах, всупереч і незважаючи на оптимальний збіг інших чинників.

Відсутність або неможливість розвитку екосистем визначається не лише нестачею, але й надлишком будь-якого з факторів (тепло, світло, вода).

Закон толерантності Шелфорда розширює природу розуміння закону мінімуму Лібіха.

Закон біогенної міграції атомів (В. Вернадський): міграція хімічних елементів у біосфері та інших геосферах здійснюється або за безпосередньою участю живої речовини, або ж відбувається в середовищі, геохімічні особливості якого зумовлені живою речовиною, як сучасною, так і тією, що функціонувала на Землі в минулі геологічні епохи.

Жива речовина або бере участь у біогеохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідне, збагачене киснем, вуглекислим газом, воднем, азотом, фосфором та іншими речовинами, середовище. Розуміння всіх хімічних процесів, що відбуваються в геосферах, неможливе без врахування дії біогенних факторів. Люди впливають на стан біосфери, змінюють її фізичний і хімічний склад, умови збалансованої віками біогенної міграції атомів. У майбутньому це спричинить дуже негативні зміни, які вже нині набувають здатності саморозвиватися і стають глобальними, некерованими.

Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та динамічні якості окремих природних систем дуже тісно пов’язані між собою, тому зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших, але при цьому зберігаються загальні якості системи – речовинно-енергетичні, інформаційні та динамічні.

Наслідки дії цього закону виявляються в тому, що після будь-яких змін елементів природного середовища (речовинного складу, енергії, інформації, швидкості природних процесів тощо) обов’язково розвиваються ланцюгові реакції, які намагаються нейтралізувати ці зміни. Навіть незначна зміна одного показника може спричинити великі відхилення в інших і в усій екосистемі. У випадку незначних втручань у природне середовище його екосистеми здатні саморегулюватися та відновлюватися, а коли ці втручання перевищують певні межі і вже не можуть згаснути в ланцюгу екосистем, вони призводять до значних порушень енерго– і біобалансу на значних територіях і в усій біосфері.

Закон константності живої речовини в біосфері (В. Вернадський): кількість живої речовини (біомаса всіх організмів) біосфери для конкретної екологічної епохи є сталою.

Цей закон тісно пов'язаний із законом внутрішньої динамічної рівноваги. За законом константності будь-яка зміна кількості живої речовини в одному з регіонів біосфери неминуче призводить до такої ж за обсягом зміни речовини в іншому регіоні, тільки зі зворотним знаком. Наслідком цього закону є правило обов’язкового заповнення екологічних ніш.

Закон максимізації енергії та інформації в еволюції: найкращі можливості на самозбереження має та система, яка найбільшою мірою сприяє надходженню, виробленню й ефективному використанню енергії та інформації.

Закон розвитку системи за рахунок довкілля: будь-яка система може розвиватися лише за рахунок матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий.

Закон максимуму: для біосфери кількісні зміни екологічних умов не можуть збільшити біологічну продуктивність екосистеми чи господарчу продуктивність агро системи понад речовинно-енергетичні ліміти, які визначаються еволюційними властивостями біологічних об’єктів та їх співтовариств.

Закон послідовності проходження фаз розвитку: для природної екосистеми фази розвитку можуть проходити лише в еволюційному закріпленому порядку, зазвичай від простого до складного.

Закон фізико хімічної єдності живої речовини (В.Вернадський): вся жива речовина Землі фізико-хімічно єдина. Шкідливе для однієї частини речовини не може бути байдужим для іншої. Будь-які фізико-хімічні агенти, смертельні для одних організмів, шкодять і іншим.

Правило К. Бергмана: у теплокровних тварин, що зазнають географічної мінливості, розміри тіла особин статистично (в середньому) більші у популяцій, які мешкають у холодніших районах ареалу.

Якщо два систематично близьких види теплокровних тварин відрізняються розмірами, то більш великі мешкають у більш холодному, а малі – в більш теплому кліматі.

Правило 1 %: для біосфери загалом частка можливого споживання чистої первинної продукції (на рівні консументів вищих порядків) не перевищує 1 %.

Правило 10 % (правило піраміди енергій Р. Ліндемана): з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інший, вищий рівень у середньому близько 10 % енергії.

Правило екологічної ніші: порожньою екологічна ніша не буває, вона обов’язково завжди заповнюється природним шляхом.

Правило внутрішньої несуперечливості: у природних екосистем діяльність видів до них входять, спрямована на підтримання цих екосистем як середовища власного існування.

Правило харчової кореляції: у процесі еволюції зберігаються лише ті популяції, для яких швидкість розмноження скоригована з кількістю харчових ресурсів середовища їх існування.

Принцип Ле Шателье: при зовнішньому впливі, який виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямі, за якого ефект зовнішнього впливу слабшає.

Принцип збалансованого природокористування: розвиток і розміщення об’єктів матеріального виробництва на певній території мають здійснюватися відповідно екологічної витривалості до техногенних навантажень.

Відомі також чотири закони екології американського вченого Б.Коммонера:

- все пов’язане з усім;

- все мусить кудись діватися;

- природа знає краще;

- ніщо не дається даремно.

Закон перший: усе пов'язане з усім. Екологія розглядає біосферу нашої планети як складну систему з багатьма взаємопов'язаними елементами. Ці зв'язки реалізуються за принципами зворотного негативного зв'язку, а також завдяки різноманітним взаємодіям, що взаємовиключають одна одну. За рахунок цих зв'язків формуються гармонійні системи кругообігу речовин та енергії. Будь-яке втручання в роботу збалансованого механізму біосфери викликає відповідь одразу за багатьма напрямами, що робить прогнозування в екології надзвичайно складною справою.

Закон другий: усе має кудись діватися. На прикладі біологічного кругообігу видно, як рештки й продукти життєдіяльності одних організмів є в природі джерелом існування для інших. Людина поки ще не створила такого гармонійного кругообігу в своїй господарській діяльності. Будь-яке виробництво постійно «випускає» принаймні дві речі — необхідну продукцію й відходи. Відходи самі собою не зникають: вони нагромаджуються, знову втягуються в кругообіг речовин і призводять до непередбачених наслідків.

Закон третій: природа знає краще. Третій закон екології стверджує, що штучне введення органічних речовин, які не існують у природі, а створені людиною, але беруть участь у живій системі, швидше завдасть шкоди. Одним із найдивовижніших фактів у хімії живих речовин є те, що для будь-якої органічної субстанції, виробленої живими істотами, в природі є фермент, здатний цю субстанцію розкласти. Тому, коли людина синтезує нову органічну сполуку, яка за структурою значно відрізняється від природних речовин, цілком імовірно, що для неї немає розкладального ферменту, й ця речовина «накопичуватиметься». Другий закон допомагає зрозуміти, які наслідки матиме таке накопичення.

Закон четвертий: ніщо не дається задарма. Четвертий закон стверджує: природні ресурси не нескінченні. Людина в процесі своєї діяльності нині бере у природи в «борг» частину її продукції, залишаючи під заставу ті відходи й ті забруднення, яким не може чи не хоче запобігти. Цей борг зростатиме доти, доки існування людства не опиниться під загрозою й люди сповна не усвідомлять необхідність усунення негативних наслідків своєї діяльності. Це усунення потребуватиме дуже великих затрат, які й стануть сплатою цього боргу.