Ekologická stabilita, ekologická rovnováha a spätná väzba predstavujú kľúčové pojmy v oblasti ekológie a environmentálnej vedy. Tieto koncepty sú úzko späté a vzájomne ovplyvňujú fungovanie ekosystémov. Ekologická stabilita sa vzťahuje na schopnosť ekosystému odolávať zmene a udržiavať svoje štruktúry a funkcie napriek vnútorným alebo vonkajším vplyvom. Stabilný ekosystém je schopný obnoviť sa po vonkajších narušeniach a udržiavať svoje rovnovážne podmienky. Ekologická rovnováha zdôrazňuje stabilitu v interakciách medzi živými a neživými časťami ekosystému. Táto rovnováha vzniká prostredníctvom komplexných vzťahov, kde organizmy ovplyvňujú svoje prostredie a súčasne sú ovplyvňované týmto prostredím. Spätná väzba je proces, pri ktorom výsledok alebo stav súvisí s predchádzajúcim stavom. V ekológii sa často používa na opis interakcií v rámci ekosystémov. Spätná väzba môže byť pozitívna (zosilňujúca) alebo negatívna (vyvažujúca). Napríklad, ak rastliny rastúce v ekosystéme absorbuje viac CO2, môže to viesť k pozitívnej spätnej väzbe v znižovaní celkového množstva skleníkových plynov v atmosfére. Úvaha o týchto konceptoch má kľúčový význam v súvislosti s globálnymi environmentálnymi výzvami. Súčasný stav našej planéty jasne ukazuje, že nevyvážené ľudské aktivity môžu narušiť ekologickú stabilitu a rovnováhu. Dôležité je uvedomiť si, že ekosystémy sú vzájomne prepojené a zmena v jednej oblasti môže mať významné dôsledky v iných častiach ekosystému. Z tohto dôvodu je potrebné konať s ohľadom na zachovanie a obnovu ekologickej stability, aby sme zabezpečili udržateľnú budúcnosť pre našu planétu.
Ecological stability, ecological balance, and feedback are key concepts in the field of ecology and environmental science. These concepts are closely interconnected and mutually influence the functioning of ecosystems. Ecological stability refers to the ability of an ecosystem to resist change and maintain its structures and functions despite internal or external influences. A stable ecosystem can recover from external disturbances and maintain its equilibrium conditions. Ecological balance emphasizes stability in interactions between living and non-living parts of the ecosystem. This balance arises through complex relationships where organisms influence their environment, and, at the same time, are influenced by it. Feedback is a process where the outcome or state is related to the previous state. In ecology, it is often used to describe interactions within ecosystems. Feedback can be positive (amplifying) or negative (balancing). For example, if plants in an ecosystem absorb more CO2, it can lead to positive feedback in reducing the overall amount of greenhouse gases in the atmosphere. Reflection on these concepts is crucial in the context of global environmental challenges. The current state of our planet clearly shows that unbalanced human activities can disrupt ecological stability and balance. It’s important to realize that ecosystems are interconnected, and a change in one area can have significant consequences in other parts of the ecosystem. Therefore, action is needed to preserve and restore ecological stability to ensure a sustainable future for our planet.
Abstrakt:
Tento článok sa zaoberá ekologickou stabilitou ako takou, a možnosťami jej zisťovania. Popisujem základné poznatky o ekologickej stabilite. Už v úvode uvádzam vzájomne pozitívny vzťah ekologickej stability a energie. Analyzujem možnosti jej zisťovania cestou produkčnej ekológie. Snažím sa popísať problémy s tým spojené. Pravdepodobne najzaujímavejším názorom celého článku je hypotéza, že závislosť ekologickej stability a energie nutnej na udržovanie momentálneho stavu je konštantná ! Osobitne sa venujem spätnej väzbe. Myslím, že spätná väzba má veľký vplyv na ekologickú rovnováhu. Schválne som použil slovo rovnováhu, pretože tak ako z článku vyplýva, mám veľké pochybnosti o jej vplyve na ekologickú stabilitu.
Abstract:
This article is dealing with ecological stability as the science, and possibilities of its detection. I describe the basic knowledge about ecological stability. I have mentioned other positive relationship between the ecological stability and the energy in introduction. I analyse the possibilities of its detection through productive (energy) ecology. I tried to describe troubles joined to it. I think the most interesting opinion of the whole article is a hypothesis that the dependence of ecological stability and energy which is necessary for sustaining of momentary state is constant ! I peculiarly devote to feedback. I think that feedback has a great influence on ecological balance. The article indicate that there is my deep doubt about the influence of feedback on ecological stability that is why I have just used the word balance.
Motto: Najnepochopiteľnejšou vecou na svete je fakt, že je to pochopiteľné (Albert Einstein)
Motto: The most incomprehensible thing in the world is that it is understandable. (Albert Einstein)
MÍCHAL ET VOLOŠČUK (1991) definujú ekologickú stabilitu ako schopnosť ekosystému vrátiť sa pôsobením vlastných vnútorných mechanizmov k dynamickej rovnováhe alebo ku svojmu “normálnemu” vývojovému smeru. Čím rýchlejšie sa ekosystém vracia a tým menšie odchýlky vykazuje, tým je stabilnejší. Rád by som zdôraznil, že ekologická stabilita je prevrátenou hodnotou vstupov, či už vo forme látok alebo energie, ktoré je nutné do ekosystému vkladať na to, aby sme ho udržali v momentálnom stave. Táto situácia nemá environmentálny aspekt. Neexistuje prepojenie na prirodzenosť ekosystému. Napr. lán pšenice vyžaduje každoročné mechanické narušovanie, hnojenie a kosenie, organický materiál (slama) musí byť odstraňovaný, alebo aspoň eliminovaný – inak by úroda v najbližších štyroch – piatich rokoch nebola takmer žiadna. Tok energie je prerušovaný.
Metodiky určovania koeficientu ekologickej stability v tvorbe ÚSES – Územného systému ekologickej stability sú do istej miery intuitívne. Je veľkým problémom zistiť mieru ekologickej stability presnejšie. Metodika je založená na znakoch, ktoré sa vyznačujú veľkým intervalom a veľkú úlohu zohráva subjektivita ľudského faktora. Projekty ÚSES vypracúvajú rôzni ľudia a s rôznym profesijným zameraním – od stavebných inžinierov, urbanistov, architektov cez krajinných plánovačov, biológov, ekológov až po environmentalistov. V tvorbe ÚSES nie je otázka presnej determinácie ekologickej stability taká dôležitá, okrem iného aj z dôvodu využívania princípu relatívnosti v tvorbe ÚSES. Prirovnal by som to k situácii lekára, ktorý sa snaží pomôcť pacientovi trpiacemu nevyliečiteľnou formou leukémie. Napriek tomu, že vie, že pacientovi veľa času neostáva, hľadá oporu – “kostru”, najhodnotnejšie časti, ktoré pacienta udržia v stave najvyššej možnej rovnováhy, prípadne pocitu spokojnosti. Toto prirovnanie trochu kríva, totiž príroda nikdy nebude v stave pacienta, avšak na pochopenie relatívnosti využitia poznania ekologickej stability pre účelovú prácu akou ÚSES je vhodný.
MÍCHAL ET VOLOŠČUK (1991) defines ecological stability as the ability of an ecosystem to return, through its internal mechanisms, to dynamic equilibrium or its “normal” developmental direction. The faster an ecosystem returns and the smaller the deviations it exhibits, the more stable it is. I would like to emphasize that ecological stability is the inverted value of inputs, whether in the form of substances or energy, that need to be invested in the ecosystem to maintain it in its current state. This situation does not have an environmental aspect. There is no connection to the naturalness of the ecosystem. For example, a wheat field requires annual mechanical disruption, fertilization, and mowing; organic material (straw) must be removed or at least eliminated — otherwise, the crop in the next four to five years would be almost nonexistent. The flow of energy is disrupted.
The methodologies for determining the coefficient of ecological stability in the creation of ÚSES – Územný systém ekologickej stability are, to some extent, intuitive. It is a significant challenge to ascertain the degree of ecological stability more precisely. The methodology is based on features characterized by a wide range, and subjectivity plays a significant role. ÚSES projects are carried out by various individuals with different professional backgrounds – from civil engineers, urban planners, and architects to landscape planners, biologists, ecologists, and environmentalists. In the creation of ÚSES, the exact determination of ecological stability is not as crucial, partly due to the use of the principle of relativity in its formation. I would liken it to the situation of a doctor trying to help a patient suffering from an incurable form of leukemia. Despite knowing that the patient has limited time, the doctor seeks support, a “framework,” the most valuable parts that will keep the patient in the highest possible state of equilibrium or a sense of satisfaction. This analogy is somewhat skewed because nature will never be in a patient’s state, but it helps understand the relativity of using knowledge of ecological stability for the purposeful work that ÚSES represents.
Čo je to ekologická stabilita a aké sú možnosti jej zisťovania a akéhosi “ocenenia” pre laikov ? To je zložitá otázka, na ktorú sa snažím dať nejaké podnety. Môžem použiť dokonca medicínu, či ekonómiu na to, aby som dokázal pozitívny vzťah ekologickej stability k cieľom uvedených odborov. Ak poviem ekonómovi, že toto územie má takú a takú cenu z hľadiska ekologickej stability, a že na tom svojou správne orientovanou aktivitou (napr. pasením na lúke v Strážovských vrchoch) ušetrí ročne istú sumu peňazí, je vhodné, aby sme vedeli určiť ekologickú stabilitu. Je všeobecne známy pozitívny vzťah rovnováhy v prírode k zdraviu obyvateľov. Metodiky zisťovania koeficientu ekologickej stability s ktorými som sa najčastejšie stretol sú založené na získavaní poznatkov o aktuálnom stave vegetácie na jednotlivých plochách. Vegetácia je reprezentatívnym ukazovateľom, ktorý dostatočne presne odráža stav ekosystému nielen v momentálnom čase, ale je reakciou na podmienky okolia počas pomerne dlhého časového obdobia. Tieto metodiky majú jeden veľmi exaktný aspekt – je ním pôvodnosť. Napr. drvivá väčšina lúk ako takmer nepôvodný prvok v našich podmienkach nedosahujú najvyšší význam pre ekologickú stabilitu – hodnotu 5, ako takmer všetky ostatné typy ekosystémov . To je dané nevyhnutnosťou vstupov energie pre ekosystém lúk, ktoré musia mať zabezpečený manažment na to aby pretrvali vo svojej forme. Keď som uvažoval o presnejšom postupe pre zisťovanie stupňa ekologickej stability usúdil som, že pravdepodobne najexaktnejšia metóda merania stupňa ekologickej stability je cesta využívajúca metódy produkčnej ekológie. Lenže to má dva hlavné okruhy problémov.
Prvý problém je v tom, že jednotlivé ekosystémy majú rôznu výšku produkcie, a rôznu výšku potrebných vstupov. Druhý problém spočíva v nasledujúcom. Téza hovorí: ekologická stabilita je nepriamo úmerná energii nutnej na udržovanie momentálneho stavu (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991). Ako sa dá zistiť koľko nevyhnutnej energie treba. Je možné pomerne presne vyčísliť energiu, ktorá je do ekosystému vkladaná človekom, ale ako možno odhadnúť aké množstvo je nutné na udržanie rovnakého stavu? Okrem toho ekosystém sa každoročne mení, niektoré druhy gradujú, každý rok je iný prísun zrážok, napriek tomu sa stabilita nemusí zmeniť. Na ekologicky nestabilných plochách by tieto problémy narastali.
Je známe, že existuje závislosť medzi ekologickou stabilitou, energiou nutnou na udržovanie momentálneho stavu a energiou dodávanou do ekosystému prirodzene. Myslím si dokonca, že táto závislosť je konštantná pre všetky typy ekosystémov. V akom vzťahu je energia dodávaná do ekosystému umelo ku energii dodávanej prirodzene vzhľadom na jeho stabilitu ? Dnes vieme len tom, že v nepriamo úmernom. Veď napokon je to logické, však ? Akým spôsobom je možné zistiť tento vzťah ? Ja sa nazdávam, že cesta je schodná práve prostredníctvom produkčnej ekológie. Veľkým problémom však je pravdepodobne zistiť presné množstvo energie, ktoré je nutné pre prirodzený vývoj najmä v neprirodzených ekosystémoch. Ak by sa zistili energie a vypočítal by sa ich vzájomný podiel, mohol by sa porovnať s metodikou zisťovania ekologickej stability používanou v tvorbe ÚSES a potom už by nemal byť väčší problém matematickým aparátom s veľkou presnosťou odhadnúť vzťah ekologickej stability a energie.
What is ecological stability and what are the possibilities of determining it and some kind of “reward” for laypeople? This is a complex question that I am trying to provide some insights into. I can even use medicine or economics to demonstrate a positive relationship between ecological stability and the goals of these fields. If I tell an economist that this area has a certain value in terms of ecological stability and that, through properly oriented activities (such as grazing in the meadows of the Strážovské vrchy mountains), a certain amount of money can be saved annually, it is appropriate to be able to determine ecological stability. The generally known positive relationship between balance in nature and the health of the population supports this idea. Methods for determining the coefficient of ecological stability that I have encountered most frequently are based on acquiring knowledge about the current state of vegetation on individual areas. Vegetation is a representative indicator that accurately reflects the state of the ecosystem not only at the present time but is a response to environmental conditions over a relatively long period. These methods have a very precise aspect — originality. For example, the vast majority of meadows, as an almost non-original element in our conditions, do not achieve the highest importance for ecological stability — a value of 5, like almost all other types of ecosystems. This is due to the necessity of energy inputs for meadow ecosystems, which must have management in place to survive in their form. When I considered a more precise approach to determine the degree of ecological stability, I concluded that probably the most accurate method for measuring the degree of ecological stability is a path utilizing methods of production ecology. However, this has two main circles of problems.
The first problem is that individual ecosystems have varying levels of production and different levels of required inputs. The second problem is as follows. The thesis states: ecological stability is indirectly proportional to the energy necessary to maintain the current state (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991). How can one determine how much necessary energy is required? It is possible to fairly accurately quantify the energy being input into the ecosystem by humans, but how can one estimate the amount needed to maintain the same state? Additionally, the ecosystem changes every year, some species graduate, there is a different annual precipitation influx, yet stability may not change. On ecologically unstable areas, these problems would escalate.
It is known that there is a dependence between ecological stability, the energy needed to maintain the current state, and the energy naturally supplied to the ecosystem. I even believe that this dependence is constant for all types of ecosystems. In what relationship is the energy artificially supplied to the ecosystem to the naturally supplied energy concerning its stability? Today, we only know that it is inversely proportional. After all, it is logical, isn’t it? How can we determine this relationship? I think the way is through production ecology. However, a significant problem is probably determining the exact amount of energy needed for natural development, especially in unnatural ecosystems. If the energies were determined, and their mutual ratio calculated, it could be compared with the methodology used to determine ecological stability in the creation of ÚSES. Then, there should be no major problem to estimate the relationship between ecological stability and energy with great precision using mathematical tools.
Spätná väzba veľmi výrazným spôsobom vplýva na ekologickú stabilitu. Je to vzájomné, nenáhodné pôsobenie medzi prvkami (prípadne subsystémami) toho istého systému, pri ktorom dochádza k zosilňujúcemu – pozitívnemu, alebo zoslabujúcemu – negatívnemu pôsobeniu veličiny B, ktorá bola priamo, alebo nepriamo zmenená veličinou A, na túto veličinu A. Spätná väzba je najdôležitejším autoregulačným mechanizmom všetkých systémov bez výnimky (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28), a preto ma vzťah k ekologickej stabilite. Dôkaz takejto spätnej väzby prináša užitočné informácie o chovaní systému (okrem iného o jeho stabilite) i v prípade, že mechanizmus tohto pôsobenia pre nás ostáva neznámy (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28). Pri pozitívnej spätnej väzbe pôsobí každý z dvoch premenných prvkov v interakcii zhodným smerom, takže sa navzájom zosilňujú v pozitívnom, či negatívnom zmysle. Napr., čím viac členov populácie A je v plodnom veku, tým viac potomstva B sa môže narodiť. Potom, čím viac potomstva B dorastá do plodného veku, tým rýchlejšie narastá populácia. Dochádza teda k posilňovaniu obidvoch premenných prvkov interakcia v čase a výsledkom je známa exponenciálna rastová krivka tvaru “J” (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28 – 29). Pozitívna spätná väzba posilňuje odchýlky a nerovnovážne stavy a spravidla slúži dynamickému rastu systému. Ten však časom naráža na určitú hranicu – limity svojho vonkajšieho prostredia. Kvalitatívne zmeny vlastností prvkov interakcie sa potom môžu prejaviť principiálne dvoma spôsobmi (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28 – 29):
- premenia doterajšiu pozitívnu spätnú väzbu na negatívnu a exponenciálny úsek rastovej krivky sa tak sploští a nadobudne tvar “S” a prejde do stavu dynamickej rovnováhy s náhodným kolísaním – fluktuáciou hodnôt. Negatívna spätná väzba je hlavným stabilizačným princípom, spoločným pre živé i neživé subsystémy (Míchal a Vološčuk, 1991).
- pri zachovaní pozitívnej spätnej väzby sa “prepóluje” a jej nositelia “zmenia znamienko” na závislosť typu “čím menej A – tým menej B” (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991).
Patologické javy vyvolané stresom sú v spätnoväzbovej schéme faktorom “naviac” k schéme pozitívnej väzby. S rastúcim počtom plodnej časti populácie narastajú nielen počty potomstva, ale progresívne rastie nedostatok potravy a priestoru a ďalších zdrojov nevyhnutných pre existenciu ďalších členov populácie, prípadne rastie znečisťovanie prostredia samotnou populáciou. Tieto rastúce negatívne vplyvy v prostredí populácie prinášajú jej jedincom takú záťaž, že sa to prejaví patologickými zmenami chovania, ktoré môžu viesť i v prírodných podmienkach k prudkým poklesom populačnej hustoty smerom k minimu (MÍCHAL a VOLOŠČUK, 1991). Z toho vyplýva, že pozitívna spätná väzba, najmä vo vrcholových častiach krivky spôsobuje zníženie stupňa ekologickej stability. Pýtam sa, či môže mať spätná väzba ako prírodný a prirodzený proces autoregulácie ekosystémov negatívny vplyv na ekologickú stabilitu ako schopnosť ekosystému ? Napr. v takom ekosystéme ako je tajga je registrované pravidelné výrazné kolísanie početnosti vtákov a stavovcov. Napriek tomu stabilita tohto ekosystému je vysoká, jeho schopnosť vysporiadať sa s vnútornými i vonkajšími faktormi prostredia je obdivuhodná. Charakteristika pomerov v tajge môže viesť k názoru, že daný ekosystém je nevyvážený, rozkolísaný, jednoducho že nie je v stave ekologickej rovnováhy. Avšak tento ekosystém pokiaľ nie priamo ohrozovaný človekom sa vyznačuje vysokým stupňom ekologickej stability. Mechanizmus pretrvávajúceho zabezpečovania rovnováhy je pravdepodobne spätná väzba. MÍCHAL ET VOLOŠČUK (1991) hovoria o tom, že ak fluktuácia zložiek ekosystému nevedie k dlhodobej deštrukcii jeho štruktúr, môže byť kolísanie početnosti určitej populácie výrazom ochranných aktivít riadených spätnými väzbami. Spätná väzba je prostriedkom regulácie, môže spôsobiť ekologickú rovnováhu, ale pochybujem o tom, že negatívne vplýva na ekologickú stabilitu.
Feedback significantly affects ecological stability. It is a mutual, non-random interaction between elements (or subsystems) of the same system in which there is an amplifying – positive, or attenuating – negative influence of variable B, which was directly or indirectly changed by variable A, on this variable A. Feedback is the most important self-regulating mechanism of all systems without exception (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28), and therefore, it is related to ecological stability. Evidence of such feedback provides useful information about the behavior of the system (including its stability) even if the mechanism of this action remains unknown to us (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28). In positive feedback, each of the two variable elements in the interaction acts in the same direction, so they mutually reinforce each other positively or negatively. For example, the more members of population A are in the fertile age, the more offspring B can be born. Then, the more offspring B grows into the fertile age, the faster the population grows. Thus, both variable elements reinforce each other in time, resulting in the well-known exponential growth curve in the shape of “J” (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28 – 29). Positive feedback strengthens deviations and unbalanced states and generally serves the dynamic growth of the system. However, over time, it encounters a certain limit – the limits of its external environment. Qualitative changes in the properties of interaction elements can then manifest themselves in two fundamentally different ways (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991, p. 28 – 29):
- It transforms the previous positive feedback into negative, and the exponential growth phase of the growth curve flattens out, taking the shape of an “S,” transitioning into a state of dynamic equilibrium with random fluctuations – the fluctuation of values. Negative feedback is the main stabilizing principle, common to both living and non-living subsystems (Míchal and Vološčuk, 1991).
- While maintaining positive feedback, it “reverses,” and its carriers “change signs” to a dependence of the type “the less A, the less B” (MÍCHAL ET VOLOŠČUK, 1991).
Patological phenomena induced by stress are an additional factor in the positive feedback loop. With the increasing number of the fertile part of the population, not only the numbers of offspring increase, but there is a progressively growing shortage of food, space, and other resources necessary for the existence of other members of the population, or pollution of the environment increases due to the population itself. These growing negative impacts in the population’s environment impose such a burden on its individuals that it manifests as pathological changes in behavior, which can lead, even in natural conditions, to sharp declines in population density towards the minimum (MÍCHAL and VOLOŠČUK, 1991). Therefore, positive feedback, especially in the upper parts of the curve, causes a reduction in the degree of ecological stability. I wonder if feedback as a natural and inherent process of ecosystem self-regulation can have a negative impact on the ability of the ecosystem, such as the taiga, to maintain stability? For example, in the taiga, there is regularly significant fluctuations in the abundance of birds and mammals. Despite this, the stability of this ecosystem is high, and its ability to cope with internal and external environmental factors is admirable. The characteristics of relationships in the taiga may lead to the opinion that the ecosystem is unbalanced, fluctuating, simply not in a state of ecological balance. However, as long as it is not directly threatened by humans, this ecosystem exhibits a high degree of ecological stability. The mechanism of maintaining balance is probably feedback. MÍCHAL and VOLOŠČUK (1991) state that if the fluctuation of ecosystem components does not lead to the long-term destruction of its structures, the fluctuation in the abundance of a particular population may be an expression of protective activities regulated by feedback. Feedback is a means of regulation; it can cause ecological balance, but I doubt that it negatively affects ecological stability.
Literatúra
MÍCHAL, I., ET VOLOŠČUK, I., 1991: Rozhovory o ekológii a ochrane prírody, ENVIRO, Martin.
