2.4.4. Важнейшие принципы строения биосферы

Описание строения биосферы в самых общих чертах может быть дано в краткой форме, исходя из простых правил так, как это сделано двумя экологами.

Д. Чирас сформулировал четыре важнейших экологических принципа, которые лежат в основе строения биосферы следующим образом:

• повторное многоразовое использование важнейших веществ;

• постоянное восстановление ресурсов;

• консервативное потребление – потребляется лишь то и в таком количестве, что необходимо, не больше и не меньше;

• популяционный контроль – природа не допускает взрывного роста популяций, регулируя их численность, путем создания соответствующих условий их существования».

Более краткие определения дал Б.Коммонер:

• все связано со всем.

• все должно куда-то деваться.

• природа лучше знает.

• за все нужно платить.

2.5. Факторы, определяющие состав и структуру экосистем

Любое условие или элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их развития, называют экологическим фактором (ЭФ). Состав и структура экосистем определяется тремя типами факторов:

• энергетическими;

• абиотическими;

• биотическим.

2.5.1. Энергетические факторы

Циркуляция энергии в современной биосфере выглядит следующим образом (рис. 7). Автотрофы переводят солнечную энергию в химическую форму. Часть ее расходуется автотрофами в процессе жизнедеятельности. Другую часть используют гетеротрофы. Наконец, часть энергии в виде остатков организмов поступает в литосферу. Таким образом, весь запас энергии сосредоточен в биомассе. Потребляемая энергия определяется продуктивностью автотрофов. На остальных уровнях она расходуется или поступает в литосферу в виде органических остатков. Возникает вопрос: В стабильной экосистеме потребление энергии произвольно или нет?

Правило одного процента

Допустим, автотрофы большую часть солнечной радиации будут превращать в энергию химических связей и накапливать в виде биомассы. Это приведет к похолоданию в период бурного роста автотрофов и станет причиной неустойчивости экосистемы. Предполагается, что

цифра 1% примерно соответствует доли солнечной энергии, которая может аккумулироваться автотрофами.

Передача энергии с одного трофического уровня на другой, в свою очередь, не может быть произвольной. Многочисленны примеры того, к чему ведет бурное потребление, есть в Красных книгах с перечнем редких и исчезающих видов. Другой пример – снижение плодородия земель, связанное с вывозом биомассы при уборке урожаев. Отсюда вытекает необходимость ограничения передачи энергии с одного трофического уровня на другой.

Правило десяти процентов или закон пирамиды энергий р.Линдемана

При переходе с одного трофического уровня на другой может потребляться примерно 10% биомассы или вещества в энергетическом выражении, в противном случае экосистема станет неустойчивой.

Остальная часть необходима для существования и воспроизводства самого трофического уровня.

Доля энергии, поступающей из биосферы в литосферу

В идеальной экосистеме потоки синтеза и деструкции органического вещества должны быть сбалансированы, т.е. его сток в литосферу не происходит. В действительности это не так. За геологическую историю Земли огромная масса органического углерода (керогена) поступила в осадочные породы. Соответствующее этой массе количество кислорода поступало в атмосферу. Основная часть расходовалась на окисление горных пород. Остальное обеспечивало рост или поддержание концентрации свободного кислорода в атмосфере и гидросфере.

Сток углерода в литосферу компенсировался поступлением двуокиси углерода из недр Земли. Количественные оценки этого процесса будут даны при рассмотрении цикла углерода в биосфере.