Глава 1.

Введение

Управление экологическими сообществами понимается как направленное регулирование их состава и функций. В англоязычной литературе соответствующая область инженерной экологии носит название “biomanipulation”. Для сообществ фитопланктона в настоящей книге предлагается метод регулирования c помощью потоков ресурсных факторов среды (biogenic manipulation). По отношению к альгоценозам можно выделить два класса манипуляций:

Один из них состоит в создании сообществ фитопланктона, обеспечивающих управление свойствами содержащей водоросли среды (например, в задачах биологической очистки вод или баланса газообмена в замкнутых системах жизнеобеспечения).

В задачах другого класса управление структурой альгоценоза состоит в осуществлении внешних воздействий, приводящих к доминированию в сообществах групп фитопланктона с интересующими исследователя свойствами — нужными размерами клеток или продукционными характеристиками, определенным биохимическим или таксономическим составом (примеры задач — обеспечение лучше всего усваиваемыми группами водорослей кормовых потребностей фитопланктоядных рыб и беспозвоночных, регулирование состава альгоценозов "цветущих" водоемов, создание оптимальных сообществ для биоэнергетических технологий, основанных на выращивании фитопланктонной массы).

Идея метода биогенного регулирования возникла при анализе одной из нетрадиционных моделей потребления и роста для сообществ автотрофных организмов (гл. 4). Согласно модели изменение соотношения ресурсов в среде приводит к изменению относительных обилий входящих в сообщество популяций. Тем самым соотношение биогенных элементов в распоряжении эколога-манипулятора становится управляющим воздействием.

Практическая проработка идеи о биогенных манипуляциях потребовала целого ряда исследовательских шагов.

1. Предсказанный моделью механизм влияния оптимальных соотношений питательных веществ на доминирование видов в результате конкуренции за ресурсы должен иметь эмпирические референты в практике культивирования фитопланктона и лимнологических исследованиях. Поэтому аналитический обзор литературных данных мог бы предоставить эмпирические обоснования (или опровержения) идеи об управляющей роли соотношений ресурсных факторов (материалы обзора приведены в разделах гл. 3).

2. Управляющие воздействия избирательно влияют на популяции видов из-за различий физиологических характеристик организмов. Согласно модели, оптимальное для данного вида организмов соотношение ресурсов равно соотношению потребностей вида в этих ресурсах. Понятие потребности слабо разработано в альгологии. Поэтому понадобились разработки концепции потребностей и метода их измерения для микроводорослей (гл. 1).

3. Управляющими могут быть потоки только тех ресурсов, которые лимитируют рост сообщества. Поэтому оказалась необходимой разработка концепции и метода выявления лимитирующих факторов для многовидовых экологических сообществ (отметим, что существующие подходы, например концепция минимума Либиха или закон совокупного действия факторов Митчерлиха, относятся лишь к монокультурам, см. гл. 4).

4. Прежде чем проводить трудоемкие лабораторные и полевые экспериментальные работы, следует проверить идею биогенного манипулирования в вычислительных экспериментах с формальными моделями, адекватно имитирующими функционирование фитопланктона, но основанными на иных предпосылках, нежели породившая идею модель (гл. 5).

5. Между этапом поиска методов управления с помощью формального моделирования и этапом приложения найденного метода к природным объектам обязателен этап лабораторного моделирования процесса управления. Поэтому понадобилось создание экспериментального экологического объекта — лабораторного альгоценоза, где в контролируемых условиях могли быть проверены предсказания математических моделей и отработаны методические аспекты биогенного манипулирования (см. гл. 2 и 3.1).

6. Методы управления, прежде чем будут приложены к природным экосистемам (3.3), должны быть опробованы на природном фитопланктоне in vitro (3.2).

Изложение материала в книге из дидактических соображений дано в последовательности, противоположной фактической хронологии исследований: оно начинается с методических и опытных проработок и завершается подробным анализом их модельных предпосылок.