Искусственные экосистемы

Создаются в основном для моделирования экосистем и испытания на них различных ситуаций. Наиболее обычная система – аквариум с рыбками.

Большинство попыток добиться равновесия в аквариуме терпит неудачу из-за незнания функционирования экосистем. Первая наиболее успешная попытка описана в 1851 году, когда в сосуд объемом около 55 литров поселили несколько золотых рыбок, улиток и большое количество валлиснерии (водное растение). Успех обеспечен правильной оценкой значения взаимодействия не только рыб и растений, но и улиток (детритофаги), превращающих ядовитое начало (отходы) в плодородное. Однако приведенная таблица показывает, что для полного жизнеобеспечения необходим очень большой объем, недостаток которого компенсируется энергетическими дотациями (аэрация, подкормка и т.п.). Таким образом, большинство аквариумных систем страдает в основном из-за перенаселения.

Такая же проблема стоит перед проектировщиками систем обеспечения космического корабля. В принципе, можно поместить в корабль организмы-фотосинтетики, идущие в пищу. Но основная задача, которую предстоит решить: чем заменить буферную способность атмосферы и океанов, благодаря которой стабилизируется биосфера в целом (на Земле на каждый м² суши приходится 1000м³ атмосферы и 10000м³ океана плюс большие объемы постоянной растительности. Все они выполнят роль накопителей отходов, регуляторов и регенераторов. Очевидно, в корабле буферную функцию должны взять на себя механизмы, которым требуется энергия.

Город как гетеротрофная экосистема.

Любое поселение представляет собой типичную гетеротрофную экосистему, живущую за счет привноса энергии извне и аналогично экосистеме устричной банки. Отличие: при увеличении размеров поселения 1) увеличивается интенсивность метаболизма на единицу площади, для чего необходим приток концентрированной энергии извне; 2) увеличиваются потребности в поступлении извне веществ и материалов; 3) увеличивается поток ядовитых отходов, многие из которых – синтетические вещества, более токсичные, чем исходные материалы.

Таким образом, при увеличении числа и размеров поселений должна увеличиваться площадь жизнеобеспечения.

С другой стороны, город находится в симбиотических отношениях с окружающей сельской местностью, поставляя туда товары, услуги и культурные ценности.

Биогеоценоз

Термин “биогеоценоз” введен в науку академиком В.Н.Сукачевым в 1940 году. Последняя редакция его определения гласила: “Биогеоценоз – совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) имеющая свою особенную специфику взаимодействий слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии”.

В предложенном определении можно подчеркнуть, что:

1) БГЦ связан с определенным участком земной поверхности;

2) составными частями БГЦ являются материальные тела: живые (растения, животные и микроорганизмы), слагающие биотоп; косные (атмосфера, горная порода, вода) и биокосные (почва, донные осадки), слагающие экотоп;

3) связанность компонентов БГЦ основана на обмене веществом и энергией как между ними, так и с окружающей внешней средой;

4) БГЦ – внутренне противоречивое и динамичное биокосное единство.

Можно заметить, что все сказанное позволяет назвать “биогеоценоз” “экосистемой”, так как в нем присутствуют все ее атрибуты (связь живых и неживых компонентов, обмен веществом и энергией, открытость системы и т.п.). Однако отечественные экологи настойчиво подчеркивают, что эти два термина не одно и тоже. Каковы отличия?

1. БГЦ – вполне определенная целостная ландшафтная единица, которая имеет свой определенный набор свойств, определенные границы (жесткие), особый характер взаимосвязей между компонентами. Различные виды БГЦ более доступны для систематизации, чем экосистемы (к систематике экосистем единый подход в настоящее время отсутствует, в то время как в отношении БГЦ ситуация более ясна).
2. Границы экосистем варьируют по своим масштабам от пробирки с культурой микроорганизмов до биосферы в целом. БГЦ имеет более строго определенные размеры.
3. Пространственная и функциональная структура БГЦ разнообразна и завершена, экосистема же может быть неполной (стабильность неполной экосистемы поддерживается энергетическими дотациями).
4. Основным организующим компонентом БГЦ чаще всего является доминирующий тип растительности (растения-эдификаторы), на основании чего и строится систематика БГЦ. Хотя в то же время признается важное значение всех остальных их компонентов. В экосистеме все компоненты признаются равноправными.

БГЦ является биокосной системой. Это значит, что это не механическая смесь разнородных компонентов, а система, где каждая ее часть подчинена целому. Взаимоадаптация живых компонентов БГЦ очевидна. Однако и неживые компоненты с течением времени видоизменяются под действием живых.

Пример: атмосфера – в зависимости от состава БГЦ насыщается различными микрокомпонентами воздушной смеси – газообразными продуктами метаболизма; растительность влияет на движения воздуха, его температуру и т.п.

Горная порода – постепенно изменяется под действием почвообразования (в процесс также принимают участие живые организмы). Влияние БГЦ на почву также очевидно.

Функциональная и пространственная структура БГЦ

БГЦ является экосистемой, поэтому функциональная его структура не отличается от структуры любой экосистемы и включает все компоненты, для нее характерные: продуценты, консументы, редуценты, косная материя.

Вопрос о пространственной структуре БГЦ разработан более строго. Выделяется:

а) горизонтальная структура и б) вертикальная структура.