3. Биопродуктивность

Объем первичной биологической продукции определяется общим количеством органического вещества образованного на определенной площади за единицу времени (обычно год). "Чистая" биопродуктивность, кроме того, учитывает расход синтезированного органического вещества на дыхание растений. Эти величины выражаются через массу сухого органического вещества, или содержащегося в нем углерода. Отсюда средний коэффициент пересчета сухой массы на углерод составляет 0,45, обратный - 2,2.

Для суши Земли биопродуктивность за год составляет 130 млрд. т оргвещества, или около 60 млрд.т С; для Мирового океана - 90 и 40 млрд. т, соответственно. То есть общая среднегодовая продуктивность равна 220 млрд. т органического вещества, или 100 млрд. т углерода. Удельная продуктивность для Мира 430 г/м² (43 ц/га), в том числе для суши (без ледниковых областей) 1000 г/м², для океана 250 г/м².

В основном это фитомасса и главным образом леса (87%).

Общая масса живого вещества Земли оценивается в 1300 млрд. т органического вещества (590 млрд. т С), по Д. Алькамо (1994).

Баланс углерода для первичных экосистем при длительности их функционирования до 1000 лет квазистационарен. Естественная эволюция экосистем при этих условиях определяется приростом в 0,1% от биопродуктивности. Этот остаточный член баланса носит название экосистемной продуктивности.

В результате антропогенной деятельности в настоящее время в атмосферу выносится 1,6 7+ 01,0 млрд. т С/год, что составляет 3% (!) биопродукции. К 2050 г. чистая первичная продукция достигнет величины 82,5 млрд. т/год, при экосистемной продукции 8,1 млрд. т.

Таким образом, степень разбалансированности увеличится до 10%.

Глобальный биогеохимический цикл углерода по сути - основа стабилизирующей роли биоты. Согласно В.Г. Горшкову (1995), синтез и деструкция органического вещества на глобальном уровне балансируются с точностью 10^-4 для диапазонов в 10000 лет.

Первичная биопродуктивность естественных ландшафтов определяет верхний предел продуктивности непреобразованных систем. Антропогенные воздействия ведут к ее снижению. В мире 15 млн км² земли уже занято под земледелие и дают 2,5 млрд. т сельхозпродуктов, определяя среднюю урожайность порядка 17 ц/га.

Весьма значительна роль биоты в глобальном гидрологическом цикле. Живое вещество на 90% состоит из воды. Тогда биота связывает во вновь формирующемся органическом веществе около 500 км³ воды. Во время фотосинтеза растительность пропускает через себя на два порядка воды больше, чем оказывается связанной в самом органическом веществе. Поэтому в биологическом звене глобального круговорота воды участвует порядка 30000 км³ воды в год. А это уже почти 25% суммарных осадков, выпадающих на сушу.

Эмпирически установлено, что изменение энергетики экосистем на 1% выводит ее из стационарного состояния. Не случайно на фотосинтез приходится только 0,16% приходящей суммарной солнечной радиации.

В.Г. Горшковым рассчитано, что человек должен использовать не более 1% чистой первичной биопродукции, чтобы оставить за биотой контролирующие функции по устойчивости развития биосферы. 99% в этом случае идет на поддержание ее устойчивости.

По законам биологической экологии человеку на питание полагается не более 10 млрд. т биопродукции в год. Сейчас он уже использует 31 млрд. т. Да вследствие антропогенных изменений первичной продукции она сократилась на 27 млрд. т. Следовательно, общее количество потребляемой и разрушаемой человеком биомассы достигло 58 млрд. т/год, или почти 40% первичной биологической продукции. Подобные же расчетные величины получены и П. Витусеком с соавторами (США).

Этим же автором разработана концепция о биотической регуляции окружающей среды. Согласно ей два важнейших эмпирических фактора не находят объяснения при традиционной существующей концепции: почему, несмотря на быстрые изменения окружающей среды, особенно происходящие под воздействием самой биоты, условия окружающей среды не выходят за пределы возможности существования любой жизни, и почему, несмотря на непрерывную адаптацию, все виды сохраняют строгую дискретность и не наблюдается переходных форм ни между современными, одновременно существующими в биосфере, видами, ни видами, наблюдаемыми по палеоданным. В.Г. Горшковым биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах.

Взаимодействие с окружающей средой приводит к необходимости образования сообществ видов и экологических систем определенного набора видов, скоррелировано взаимодействующих между собой и окружающей их средой. Тогда виды, поддерживающие данные условия окружающей среды, очевидно, должны сохранять неизменной свою генетическую программу и не могут непрерывно адаптироваться к любым флуктуациям внешних условий.

Все виды биоты должны быть не только жизнеспособны, но и скоррелировано взаимодействовать с другими видами сообщества, обеспечивая управление окружающей средой.

Эволюционные переходы к новым видам ограничены и происходят только при сохранении способности к стабилизации окружающей среды в составе экологического сообщества.

В.Г. Горшков идею Г. Лавлока о гомеостазе глобальной экосистемы объяснил подчиненностью биосферы принципу Ле-Шателье - Брауна, в связи с чем она ведет себя как саморегулирующаяся система. Основные выводы, дополненные впоследствии, таковы: биота Земли способна с высочайшей точностью поддерживать пригодное для жизни состояние окружающей среды; огромная мощность продукции, достигнутая ею, позволяет восстанавливать любые естественные нарушения окружающей среды в краткие сроки - десятки лет; огромная мощность, накопленная ей, таит скрытую опасность такого же быстрого разрушения глобальной экосистемы, если ее целостность будет нарушена; биосфера, вероятно, может компенсировать те нарушения, производимые человеком, пока доля его потребления не превысит 1% продукции биосферы; современные антропогенные изменения биосферы, с выбросом биотой 2,3 млрд.т/год углерода в атмосферу, показывают на ее неустойчивое состояние; это состояние еще обратимо, но следует на порядок снизить потребление ее естественной продукции; какого либо другого устойчивого состояния биосферы не существует; необходимо снизить численность людей на планете почти на порядок и только тогда дестабилизированная биосфера способна будет возвратиться к состоянию ее устойчивости, так как отторжение ее продукции человечеством не будет превышать 1%.