Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем

(Т.А. Акимова, В.В. Хаскин, 1994)

Экосистемы	Биомасса, т/га	Продукция, т/га * год
Пустыни	0,1 - 0,5	0.1 - 0,5
Центральные зоны океана	0,2 - 1,5	0.5 - 2,5
Полярные моря	1 - 7	3-6
Тундра	1 - 8	1 -4
Степи	5-12	3- 8
Агроценозы	-	3 - 10
Саванна	8-20	4- 15
Тайга	70-150	5- 10
Лиственный лес	100-250	10- 30
Влажный тропический лес	500 - 1500	25-60
Коралловый риф	15-50	50 - 120

для поддержки жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, гумусе почв и органических осадках водоемов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 36% площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16% от всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.

Половина урожая идет непосредственно на питание людей, остальное – на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отходах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Ресурсы, имеющиеся на Земле, включая продукцию животноводства и морерыбопродукты, могут обеспечить ежегодно только 50% потребностей современного населения Земли.

Увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

Правила, принципы, законы ЭКОЛОГИИ

И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Дисциплина «Экология», «Охрана окружающей среды», «Природоползование» рассматривают принципы управления природными и природно-антропогенными системами в процессе природопользования с целью обеспечения устойчивого развития данных систем. Для этого, прежде всего, необходимо знать и учитывать правила, принципы и законы функционирования биосферы.

Правила

Правило одного процента. согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1% (от немногих десятых до, как исключение, единиц процентов) выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. Переход энергетики процесса за это значение (1%) обычно приводит к существенным аномалиям: резким климатическим отклонениям, переменам в характере растительности, крупным лесным и степным пожарам.

Примечание. Особое значение Правило одного процента имеет для глобальных систем. Их энергетика, видимо, принципиально не может превзойти уровень примерно 0,2% от поступающей солнечной радиации (уровень энергетики фотосинтеза) без катастрофических последствий. Вероятно это непреодолимый порог и лимит для человечества (из него следует и «ядерная зима»).

Правило десяти процентов (закон пирамиды энергии). В соответствии с законом пирамиды энергии, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии. Закон пирамиды энергии позволяет делать расчеты необходимой земельной площади для обеспечения населения продовольствием и другие эколого-экономические подсчеты.

Среднемаксимальный переход энергии (или вещества в энергетическом выражении) с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой составляет 10% (правило 10%), может колебаться от 7 до 17%. Эта величина не приводит к неблагоприятным для экосистемы последствиям и поэтому может быть принята за норму для природопользования в хозяйственной деятельности человека. Превышение же этой величины недопустимо, так как в этом случае

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

могут произойти полные исчезновения популяций. Закон пирамиды энергий и правило десяти процентов служат общим ограничением в природопользовании для хозяйственной деятельности человека.

Правило обязательности заполнения экологических ниш. Пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Экологическая ниша как функциональное место вида в экосистеме позволяет форме, способной выработать приспособительные особенности, заполнить эту нишу, но иногда это требует значительного времени.

Нередко так называемые экологические ниши являются всего-навсего обманом зрения (для специалистов). В действительности же экологические ниши заполнены порой самым неожиданным образом.

В связи с возможностью существования псевдопустующих экологических ниш никогда не следует торопиться с выводами о возможности заполнения этих ниш путем акклиматизации видов, так как акклиматизационные и реакклиматизационные работы будут эффективны лишь при действительном наличии свободных экологических ниш, что бывает крайне редко.

Примечание. Вероятным примером правила обязательности заполнения экологических ниш служит возникновение новых заболеваний, например, СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита). Он был гипотетически предсказан более чем за 10 лет до выявления болезни как гриппоподобный вирус с высокой летальностью заболевших. Основанием для предсказания служило то, что победа над многими инфекционными болезнями человека высвободила экологические ниши, которые неминуемо должны были быть заполнены. Поскольку при экологическом дублировании, как правило, смена идет в направлении от более крупных по размерам и высокоорганизованных форм к менее крупным и организованным, было предположено, что одна из экологических ниш будет заполнена именно вирусом с высокой степенью изменчивости. Вирус гриппа имеет частоту мутации 1:10⁵ при средней нормальной частоте процесса 1:10⁶. Вирус СПИДа еще более изменчив - у него регистрируется частота мутаций 1:10⁴ . Таким образом, гипотеза, видимо оправдалась.

Правило неизбежных цепных реакций («жесткого» управления природой). «Жесткое» техническое управление природными системами и процессами чревато цепными природными реакциями, значительная часть которых экологически, социально и экономически не приемлема в длительном интервале времени. Пример с Аральской катастрофой. Переброска вод северных рек привела бы к нежелательным экологическим эффектам (затопление громадной площади земель, гибель лесных, нефтяных, газовых месторождений и др.)

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

Правило «мягкого» управления природой. «Мягкое» (опосредованное) управление природой вызывает желательные для человека цепные реакции.

«Мягкое» управление более предпочтительно, чем «жесткое» техногенное решение, несмотря на большие первоначальные затраты. Это правило целесообразного преобразования природы. В отличие от «жесткого» управления (см. Правило цепных реакций при «жестком» управлении) «мягкое» управление, основанное на восстановлении бывшей естественной продуктивности экосистем или её повышении путем целенаправленной и основанной на использовании объективных законов природы серии мероприятий, позволяет направлять природные цепные реакции в благоприятную для хозяйства и жизни людей сторону. Примером может служить сопоставление двух форм ведения лесного хозяйства – сплошнолесосечных («жесткое» воздействие) и выборочных рубок («мягкое» воздействие). Считается экономически более рентабельной сплошная рубка, при которой в один прием забирается вся древесина. При выборочной рубке возникает много осложнений технического порядка, и поэтому себестоимость заготовки древесины оказывается дороже. При этом предполагается, что на сплошных лесосеках лес можно и нужно восстанавливать путем его массовой посадки (и это мероприятие обходится в целом недорого). Однако при сплошных рубках постепенно теряется сама лесная среда, что ведет к падению уровня рек, в других местах – к заболачиванию, зарастанию лесосеки нелесными видами растений, препятствующим росту леса, возникновению очагов размножения вредителей леса и др. неблагоприятным последствиям. Более низкие начальные затраты «жесткого» мероприятия дают цепь ущербов, требующих затем больших расходов на их ликвидацию. Наоборот, при выборочных рубках восстановление леса облегчается из-за сохранения лесной среды. Повышенные начальные затраты постепенно окупаются в результате предотвращения экологических ущербов.

Переход от «мягкого» к «жесткому» управлению целесообразен лишь при одновременной замене экстенсивных форм хозяйства предельно интенсивными и, как правило, в пределах относительно коротких интервалов времени. В долгосрочной перспективе эффективно только «мягкое» управление природными процессами. См. также Принципы преобразования природы.

Правило «Экологично-экономичное». Нельзя противопоставлять экономику и экологию. Нельзя снижать темпы индустриализации – это будет означать своего рода экономический утопизм, точно также нельзя снижать усилия в области экологии – это будет экологический экстремизм. Решение вопроса находится где-то посередине.

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

Правило экономико-экологического восприятия. Нельзя иметь ввиду, что число степеней свободы в действиях наших потомков будет убывать, а не возрастать. Мы живем в кредит у наших внуков. Потомки будут платить очень дорого по векселям природы, значительно дороже, чем мы.

Правило основного обмена, о преимуществе расхода вещества и энергии на самоподдержание системы. Соотношение между основным обменом и полезной работой в человеческом хозяйстве до определенной степени можно улучшить, как и любой КПД. Для механических систем он может быть весьма высок, хотя не достигает никогда 100 %, эффективность сложных динамических систем лишь на короткое время может достигать относительно больших значений, но не более 30%. Остальное идет на внутренний обмен, иначе бы не существовали бы сами системы. Долгоживущие крупномасштабные экосистемы нельзя приравнивать к короткоживущим механическим системам. В живых системах много «горючего» уходит на «ремонт» на самоподдержание и саморегуляцию, а при расчете КПД двигателей не учитываются расходы энергии на ремонт и т.д.

Правило интегрального ресурса. Конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый экологический компонент или всю экосистему в целом. Правило интегрального ресурса ещё одно прикладное следствие закона внутреннего динамического равновесия. Например, в водном хозяйстве гидроэнергетика, транспорт, коммунальное хозяйство, орошаемое земледелие и рыбная промышленность связаны таким образом, что в наименее выигрышном положении оказывается промысел рыбы. Чем полнее гидроэнергетическоеиспользование вод, тем сложнее ведение других отраслей водного хозяйства: развитие водного транспорта осложняет другие способы использования воды, а орошение вызывает затруднения в сопряженных формах эксплуатации вод.

Правило демографического насыщения. В глобальной или регионально изолированной совокупности количество народонаселения соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека.

По сути, данное правило гласит, что человек, как и любой другой биологический вид, будет увеличивать свою численность до максимально возможных размеров, которые определяются емкостью среды, и не более. Однако человечество создает давление на среду не столько биологически, сколько техногенно. Фактически сейчас в мире наблюдается не демографическое насыщение, а с учетом всех потребностей человека,
а техническое перенасыщение. Несоблюдение правила демографического

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

насыщения дает резкий дисбаланс в системе взаимоотношений «человек-природа». Теоретически возможна ситуация, когда реализуются ограничивающие механизмы и произойдет демографическая катастрофа (резкое снижение численности популяции человека).

Правило исторического роста продукции за счет сукцесснонного омоложения экосистем. так как чистая продуктивность сообщества максимальна на ранних стадиях развития экосистем, основным источником роста продукции в ходе исторического развития общества было сукцессионное омоложение экосистем. (Сукцессия – смена одного сообщества организмов (биоценозов) другими в определенной последовательности).

Чистая продуктивность сообщества (годовой прирост биомассы) велика на ранних стадиях развития и практически равна нулю в зрелых экосистемах. Изначально сукцессионно зрелые экосистемы были основой для собирательства и охоты. С определенного момента они начинают сменяться производственными ценозами. В последних выход чистой продукции выше. Ранее по мере роста численности населения происходило увеличение площади омоложенных систем экстенсивный путь развития сельскохозяйственного производства. Далее включается следующий механизм повышения продуктивности экосистемы: интенсивный путь развития – увеличение количества энергии, вкладываемой в производство. Однако и этот механизм не безграничен. Наступает момент, когда дополнительное вложение энергии в агроэкосистему приводит к ее разрушению, так как наступает энергетический предел. Современный исторический финал такого развития - переход на эксплуатацию предельно омоложенных экосистем с резким скачком энергозатрат. Экосистемные методы допинга с помощью сукцессионного омоложения практически исчерпаны. дальнейшее вложение антропогенной энергии в земледелие приведет к разрушению природных структур, поэтому потребуются другие технологии – более эффективные и малоэнергоемкие.

Правило ускорения исторического развития. чем стремительнее под воздействием антропогенных факторов изменяется среда обитания человека и условия ведения им хозяйства, тем скорее по принципу обратной связи происходит перемена в социально-экологических свойствахчеловека, экономическом и техническом развитии общества. Эта система имеет тенденцию к самоускорению.

Например, в ответ на ухудшающиеся показатели среды жизни, вызванные антропогенной деятельностью, возникают механизмы, стремящиеся ее улучшить (смена поколений техники, ресурсберегающее наукоемкое производство, демографическое регулирование). Вопрос лишь в том, насколько ускорение исторического развития будет соответствовать в действии правилу демографического насыщения и принципа Ле Шателье-Брауна.

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

Пока историческое развитие явно отстает и это создает опасность для благополучия людей.