5. Энергетическая классификация экосистем.
Источник и качество доступной энергии определяют видовой состав и численность организмов, характер функциональных процессов, протекающих в экосистеме, и процессов ее развития, а также образ жизни человека. Энергия - общий знаменатель и исходная движущая сила всех экосистем, как сконструированных человеком, так и природных. Поэтому энергию принимают за основу для первичной классификации экосистем.
Выделяют 4 типа экосистем:
1. Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые;
2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками энергии;
3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком;
4. Индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным).
1. Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые – это системы, которые полностью зависят от прямого солнечного излучения. Они не получают дополнительной энергии, помимо солнечного света. К числу таких экосистем можно отнести открытие океаны, крупные участки горных лесов, грасленды и большие глубокие озера. Для экосистем этой обширной группы характерно мало энергии – от 1000 - 10000 ккал/м2/год и низкая продуктивность (способность выполнять работу). Организмы, живущие в таких системах, выработали адаптации к существованию на скудном пайке энергии и других ресурсов и к эффективному их использованию. Хотя мощность природных экосистем, относящихся к данной группе не очень впечатляет, и они не способны поддерживать высокую плотность населения, тем не менее такие экосистемы крайне важны, так как занимают огромные площади (одни лишь океаны - до 70 % площади земного шара).
2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками энергии. Если помимо солнечного света могут быть использованы дополнительные источники энергии, плотность мощности повышается от 10000 - 40000 ккал/м2/год. В этом случае несолнечная энергия частично заменяет солнечную, сокращая расходы на самоподдержание системы и высвобождает солнечную энергию на производство органических веществ.
Источники дополнительной энергии могут быть как естественными, так и искусственными. Для простоты классификации выделены категории: движимые Солнцем экосистемы с естественными и с искусственными энергетическими субсидиями.
Вспомогательная энергия, увеличивающая продуктивность, может поступать в самых разнообразных формах, например, в тропическом дождевом лесу - в форме ветра и дождя, в небольшом озере - в форме потока воды из ручья, или поступающих с площади водосбора органических веществ и минеральных элементов. Прибрежная часть эстуария - пример природной экосистемы с дополнительной энергией приливов, прибоя и течений. Так как приливы и течения воды способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов питания и перемещению пищи и отходов, организмы в эстуарии могут сконцентрировать свои усилия на более эффективном превращении энергии Солнца в органическое вещество.
3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком. Человек научился изменять природу и использовать вспомогательные источники энергии для получения прямой выгоды, а его умение не только увеличивать продуктивность, но и направлять эту продуктивность на производство пищевых и волокнистых материалов, легко собираемых, перерабатываемых и используемых, постоянно растет.
Наземные и водные агроэкосистемы - основные примеры систем данного типа.
Высокая продуктивность поддерживается большими поступлениями энергии топлива, а при более примитивных системах сельского хозяйства - мышечных усилий человека и животных. Эта энергия тратится на возделывание, орошение, удобрение, селекцию и борьбу с вредителями. Самое продуктивное сельское хозяйство находится на уровне самых продуктивных природных экосистем, основанных на фотосинтезе, составляет примерно 50000 ккал/м2/год.
Различие между природными и искусственными экосистемами состоит в распределении потока энергии. Человек старается направить как можно больше энергии на производство продуктов питания, которые он может немедленно использовать, а природа обычно распределяет продукты фотосинтеза между многими видами и веществами и накапливает энергию "на черный день", это способствует повышению разнообразия в целях выживания.
4. Индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным). В экосистеме, движимой топливом высококонцентрированная потенциальная энергия топлива не просто дополняет, а заменяет солнечную энергию. При современных методах ведения городского хозяйства солнечная энергия в самом городе не только не используется, но становится дорогостоящей помехой, так как она нагревает бетон и способствует образованию смога. Важное свойство экосистем, движимых горючим - огромная потребность в энергии плотно населенных индустриально-городских районов, она на 2-3 порядка больше того потока энергии, который поддерживает жизнь в естественных условиях. Килокалории энергии, ежегодно протекающие через квадратный метр индустриального города, исчисляется уже не тысячами, а миллионами (100 000 – 3 000 000 ккал/м2/год). Вот почему множество людей могут жить на небольшой территории.
Рассматривая общую концепцию энергетических субсидий следует отметить, что фактор, который при одних условиях среды увеличивает продуктивность, при других условиях среды может способствовать утечкам энергии, уменьшая продуктивность. Слишком много хорошего также вредит системе, как и слишком мало. Например, обработанные сточные воды, могут в зависимости от объема и периодичности сброса оказаться либо благоприятным фактором, либо источником стресса. Если они попадают в экосистему с постоянной умеренной скоростью, то доставляя в систему микроэлементы, они способствуют повышению продуктивности. Однако массовый их сброс через нерегулярные промежутки времени может почти полностью уничтожить систему как биологическую единицу.