Четыре основных типа экосистем, выделенные по источнику, уровню и качеству энергии, описаны в табл. 3.18. В экосистемах используются два разных источника энергии: Солнце и химическое (или ядерное) топливо. В соответствии с этим удобно выделять движимые Солнцем и движимые топливом экосистемы, не забывая, однако, что во всех случаях могут использоваться сразу оба источника.[ ...]
Сравнивая основные типы экосистем, можно рассматривать поток энергии в единицах мощности (вспомним, что единица мощности — это потребление или рассеивание энергии за единицу времени; см. с. 110). Показатель плотности энергии говорит о величине работы, которая выполняется или может выполняться на единице площади экосистемы, а также о величине неупорядоченности, или энтропии, которую система должна рассеивать, чтобы оставаться жизнеспособной. Обратите внимание, что в табл. 3.18 в каждой строке под заголовком «Уровень мощности» приведено две цифры: одна — диапазон количества энергии в килокалориях, другая — соответствующее количество солнечной энергии в килокалориях с учетом ее качества (см. разд. 5 этой главы).[ ...]
Природные системы, в основном или полностью зависящие от прямого солнечного излучения, можно назвать движимыми Солнцем несубсидируемыми экосистемами (категория 1 в табл. 3.18), Они совсем или почти не получают дополнительной энергии, помимо солнечного света. К числу таких экосистем можно отнести открытые океаны, крупные участки горных лесов и грасленды и большие глубокие озера. Часто на них накладываются и другие ограничения, например нехватка элементов питания и воды. Поэтому хотя экосистемы этой обширной группы весьма различны, все они получают мало энергии и имеют низкую продуктивность или способность выполнять работу. Организмы, живущие в таких системах, выработали замечательные адаптации к существованию на скудном пайке энергии и других ресурсов и к эффективному их использованию.[ ...]
Если помимо солнечного света могут быть использованы какие-то дополнительные источники энергии, плотность мощности может быть значительно повышена, порой даже на порядок величины. Вспомним, что дополнительная энергия, или энергетическая субсидия (см. разд. 2), —это энергия из вспомогательного источника, сокращающая расходы на самоподдержание экосистемы и тем самым увеличивающая то количество солнечной энергии которое может быть превращено в органическую продукцию. Другими словами, несолнечная энергия частично заменяет солнечную, высвобождая ее для производства органических веществ. Источники дополнительной энергии могут быть естественными или искусственными (разумеется, система может получать одновременно оба типа дополнительной энергии). Для простоты классификации в табл. 3.18 выделены типы 2 и 3 — соответственно движимые Солнцем экосистемы с естественными и с искусственными энергетическими субсидиями.[ ...]
Прибрежная часть эстуария — хороший пример природной экосистемы с дополнительной энергией приливов, прибоя и течений. Поскольку приливы и течения воды способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов питания и перемещению пищи и отходов, организмы в эстуарии могут, так сказать, сконцентрировать свои усилия на более эффективном превращении энергии Солнца в органическое вещество. В самом прямом смысле слова организмы в эстуарии приспособились использовать энергию приливов. Поэтому эстуарии обычно более плодородны, чем, скажем, прилегающий участок суши или пруд, получающий то же количество солнечной энергии, но не имеющий преимущества, связанного с поступлением вспомогательной энергии приливов или других ее видов, обусловленных течением воды. 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 пз ручья, или поступающих с площади водосбора органических веществ и минеральных элементов.[ ...]
В табл. 3.18 продуктивность, или уровень мощности природных и субсидируемых человеком экосистем, движимых Солнцем, указаны в одной графе. Приведенные оценки основаны на том факте, что самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне самых продуктивных природных экосистем: по-видимому, верхний предел для любой постоянной, длительно функционирующей системы, основанной на фотосинтезе, составляет примерно 50 000 ккал м 2 г-1. Действительное различие между природными и искусственными экосистемами состоит лишь в распределении этого потока энергии. Человек старается направлять 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»; эта так называемая «стратегия повышения разнообразия в целях выживания» будет рассмотрена далее.[ ...]
Экосистема, движимая топливом (тип 4 в табл. 3.18), называемая также индустриально-городской, — венец достижений человечества. Здесь 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. Пищу, продукт систем, движимых Солнцем, можно считать внешней по отношению к городу, поскольку подавляющую ее часть ввозят извне. По мере роста цен на горючее города, видимо, станут больше интересоваться использованием солнечной энергии. Возможно, возникнет новый тип экосистемы — экосистема города, движимого Солнцем с вводом вспомогательной энергии горючего. Было бы, вероятно, целесообразно разработать новую технологию, которая позволит концентрировать солнечную энергию до такого уровня, чтобы она могла не просто дополнять энергию топлива, но частично заменять ее.[ ...]
В таких странах мышечная сила человека и животных все еще играет большую роль, чем сила машин, и на производство продуктов питания, волокон и древесины приходится гораздо большая доля общего энергетического потока страны.[ ...]
Вернуться к оглавлению