Екологія і організація природоохоронної діяльності - Шматько В.Г. - Класифікація екологічних систем, характерні риси окремих екосистем

Екосистеми можна класифікувати по їх функціональних чи структурних ознаках. Наприклад, по функціональній ознаці можна зробити розподіл екосистем, заснований на кількості і якості енергії, що надходить, як "рушійної сили" в екосистемі. Більш широко використовується класифікація, заснована на типі рослинності і основних стабільних фізичних рисах ландшафту.

Ю. Одум пропонує наступну класифікацію екосистем, засновану на особливостях їхньої макроструктури (23).

Основні типи природних екосистем і біомів біосфери:

І Наземні біоми:

1. Тундра: арктична й альпійська.

2. Бореальні хвойні ліси.

3. Листопадний ліс помірної зони.

4. Степ помірної зони.

5. Тропічний грасленд і савана.

6. Чапараль - райони з дощовою зимою і посушливим літом.

7. Пустеля: трав'яниста і чагарникова.

8. Напіввічнозелений тропічний ліс: виражений вологий і сухий сезони.

9. Вічнозелений тропічний дощовий ліс. І Типи прісноводних екосистем:

10. Лентичні (стоячі води): озера, ставки тощо.

11. Дотичні (проточні води): ріки, струмки тощо.

12. Заболочені угіддя: болота і болотисті ліси. % Типи морських екосистем:

13. Відкритий океан (пелагічна).

14. Води континентального шельфу (прибережні води).

15. Райони апвелінга (родючі райони з продуктивним рибальством).

16. Естуарії (прибережні бухти, протоки, гирла рік, тощо).

Основні закономірності і вимоги екології

Техногенне втручання в існуючі природні системи повинно бути засноване на всілякому врахуванні і виконанні основних закономірностей та вимог екології.

Відомий американський учений Баррі Коммонер в стиснутій формі сформулював чотири закони екології:

І. Усе зв'язано з усім.

II. Усе повинно кудись подітися.

III. Природа знає краще.

IV. Ніщо не дається даром. Розглянемо ці основні закономірності.

І. Природні системи глибоко і багатомірна пов'язані

Вони утворюють складні ланцюги взаємозв'язків, кожна ланка несе визначене навантаження і випадання її із загального ланцюга, по тим чи іншим причинам, має непередбачені результати. На думку відомого еколога Н. Ф. Реймерса [26]"... будь-яка екосистема збалансована тисячоліттями еволюції, знаходиться в стані екологічної рівноваги, порушувати яку завжди небезпечно. Особливо у великих природних системах. Це ази екології...

...Керувати великими природними системами неймовірно важко. У них величезні речовинні потоки, і енергетика. Але зруйнувати їх легко! Вони як могутній кінь, що гине від краплі нікотину. Це фундаментальне правило екології. Знати його зобов'язаний кожен буквально з пелюшок...".

Численні приклади зі світової практики підтверджують зазначену першу закономірність екології.

На одному рівні з фундаментальною закономірністю - "усе зв'язано з усім" - існує вимога: зберігати видовий склад, видове багатство екосистем. Чим багатше видове різноманіття екосистеми, тим вона стійкіша, тобто гомеостаз, рівноважний стан екосистеми досягається шляхом посилення зв'язків усередині самої системи з навколишніми системами; при випаданні видів цей зв'язок зменшується.

Таким чином, при техногенному втручанні в природні системи повинен бути усебічно вивчений існуючий глибинний зв'язок екосистем і передбачені заходи, що не допускають випадання окремих ланок, видів з цих систем.

ІІ. Природні системи побудовані найвищою мірою раціонально

А саме таким чином, що вихід з однієї системи є входом для іншої і т.д. У будь-якій природній системі екскременти і покидьки одних організмів служать їжею для інших. У природі не існує поняття "сміття" і це одна з причин що забезпечують, в остаточному підсумку, стійкість усієї біосфери в цілому.

Сміття як забруднення навколишнього природного середовища впливає на визначені ланки природних систем, на їхню здатність до саморегуляції.

Другий закон екології вимагає організації на виробництві і у взаєминах із природою замкнутих технологічних циклів, тобто всілякого впровадження ресурсозберігаючих технологій. Для цього за пропозицією академіка В. А. Коптюга введений показник ПЕР - потенційний екологічний резерв, що враховує різницю впливу на навколишнє середовище якогось об'єкта при наявній на ньому і передовій технології. Чим краща передова технологія закладена у виробництво, тим менше будуть скидання і викиди в навколишнє середовище, тим менший тиск буде на природу.

Показник ПЕР певною мірою застосуємий до будь-яких технологічних систем.

ІІІ. Результати антропогенних впливів на ті чи інші природні системи найкраще розглядати на досвіді самої природи

Природа ніколи не помиляється - у силу величезного періоду її еволюції, що виробила функції і структури які володіють високим ступенем досконалості та стійкості. Тому при оцінці впливів на природні системи велике значення має розгляд аналогів.

При оцінці якості природного середовища можуть використовуватися біологічні індикатори як найбільш досконалі. В Японії, наприклад, якість води визначається за допомогою риб - самій чистій відповідає форель; якщо в річці виявлений короп, вона не може вважатися чистою.

Необхідно розрізняти два типи впливів технології на середовище: забруднення і руйнування середовища. Під забрудненням розуміється такий процес, що припиняється і Йде в зворотному напрямку, як тільки закінчується негативний вплив технології. Це спостерігається в більшості випадків стосовно забруднення водоймищ і повітряного середовища. Руйнуванням вважається процес, коли екосистема не відновлюється, або відновлюється вкрай повільно.

Природа виконує величезну роботу по підтримці своєї цілісності, а це значить, і по підтримці середовища існування для людини. Багато її функцій (наприклад, запилення рослин) не доступні і не під силу людині.

IV. Порушення тих чи інших ланок не минає даром для середовища існування

І людському суспільству за їх відновлення чи підтримку на необхідному рівні приходиться платити, тобто нести, як правило, величезні витрати.

Знання приведених вище закономірностей екології і виконання її вимог, в остаточному підсумку, переслідує системну мету - підтримка будь-якої екосистеми в стабільному стані.

Крім потоків енергії і кругообігу речовини екосистема характеризується розвиненими інформаційними ланцюгами, що включають потоки фізичних і хімічних сигналів, що зв'язують усі частини системи і керуючих (чи регулюючих) нею як одним цілим.

Тут можна вважати, що екосистеми мають кібернетичну природу, хоча, на відміну від створених людиною кібернетичних пристроїв, її керуючі функції зосереджені усередині її і дифузні (тобто розосереджені, розсіяні). Надмірність (коли якась функція може виконуватися не одним, а декількома видами чи компонентами) підвищує стабільність системи.

Ступінь стабільності, що досягається, різна і залежить як від жорстокості навколишнього середовища, так і від ефективності внутрішніх керуючих механізмів. Виділяють два типи стабільності: резистентна стійкість (здатність залишатися в стійкому стані під навантаженням) і пружна стійкість (здатність швидко відновлюватись, коли навантаження зняте). [23]

Із системного аналізу відома загальна кібернетична модель системи з її параметрами: вхід, вихід, процесор, обмеження, зворотний зв'язок.

В екосистемі керуючі механізми розсіяні усередині системи і засновані на взаємодії між первинною і вторинною субсистемами. Керування засноване на зворотному зв'язку, що здійснюється, коли частина сигналів з виходу надходить на вхід. Якщо цей зворотний зв'язок позитивний, то значення керованої перемінної зростає. Позитивний зворотний зв'язок у значній мірі визначає ріст і виживання організмів. Негативний зворотний зв'язок, що зменшує відхилення на вході, потрібен для того, щоб уникнути перенаселення в екосистемі.

Низькоенергетичні стимули можуть викликати в екосистемах високоенергетичні реакції (паразити рослиноїдних комах можуть робити дуже сильний керуючий ефект на загальний потік продукції (врожай), хоча сумарна маса їхньої речовини незначна).

Загальна структура зворотних зв'язків у екосистемах має велику складність, але, у той же час, є одним з важливих факторів підтримки стабільності в екосистемах.

Найважливішим показником будь-якої екосистеми, у тому числі агроценозу, є біологічна продуктивність екосистеми. При розробці ряду проектних матеріалів, що носять регіональний характер, і особливо схем, необхідно визначати екологічну ємність території.

Екологічна ємність території - це максимально можлива в конкретних умовах даного району біологічна продуктивність усіх біогеоценозів, arpo- і урбоценозів з обліком оптимального для даного району складу представників рослинного і тваринного світу.

Загальна первинна продукція (ЗП П) - це результат фотосинтезу. За даними Андерсона Дж. ¡VI.. кількість сонячної радіації, що досягає верхньої границі атмосфери (сонячна постійна), складає 1358 Вт/м. В міру проходження через атмосферу частина радіації витрачається на поглинання і розсіювання, так що земної поверхні досягає тільки 910 Вт/м2. З них 420 Вт/м2 приходиться на спектральний діапазон ФАР (фотосинтетична активна радіація) (0,4-0,7 мкм), з якої приблизно 85% можуть поглинатися рослинами. 95% поглинутої ФАР витрачається на нагрівання рослинного покриву і менш 5% засвоюється в процесі синтезу.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) фотосинтезу може бути визначений як відсоток ФАР, утилізований в ЗПП. Лісова рослинність володіє максимальним ККД фотосинтезу (2,0-3,5%), ККД для трав'янистих співтовариств, включаючи сільгоспкультури, - близько 1-2%, для фітопланктону - не перевищує 0,5%.

На швидкість фотосинтезу в листах рослин впливають освітленість, концентрація С02 і вологозабезпеченість.

Частина загальної первинної продукції витрачається на дихання автотрофів, інша йде на приріст біомаси.

Витрати на дихання фітопланктону складають 30-40% ЗПП, природних трав'янистих співтовариств помірних широт і сільськогосподарських культур - 40%, лісів помірних широт - 50-60% і тропічних лісів - 70-80%.

Загальний ККД утилізації сонячної енергії рослинами виражається через ККД первинної продукції, тобто скільки буде отримано первинної нетто-продукцїі (ПН П) - приросту біомаси.

ПНП називається також чистою первинною біологічною продукцією (ЧПБП), тобто та органічна речовина, що є результатом фотосинтезу, якщо виключити з нього неминучі витрати на подих.

Чиста біологічна продукція виміряється як кількість сухої органічної речовини, накопиченої на одиниці площі за одиницю часу (звичайно її вимірюють у грамах на 1 м2 за 1 рік).

Біомаса - це та кількість сухої органічної речовини, що може бути врахована в наземній і підземній частинах співтовариства в момент спостереження і являє собою суму чистої біологічної продукції за весь період життя.

Чиста біологічна продукція міняється від 3000 г/м2/рік у тропічних лісах до нуля в екстрааридних пустелях.

По Уіттекеру 132] співтовариства по продуктивності поділяються на чотири класи:

1. Співтовариства вищої продуктивності- 3000-2000 г/м2/рік - тропічні ліси, посіви рису, цукрова тростина.

2. Співтовариства високої продуктивності - 2000-1000 г/м2/рік - листопадні ліси помірної зони, луги при добриві, посіви кукурудзи.

3. Співтовариства помірної продуктивності- 1000-250 г/м2/рік - основна маса оброблюваних сільськогосподарських культур, степи, чагарники.

4. Співтовариства низької продуктивності - нижче 250 г/м2/рік - пустелі, напівпустелі, тундри.

Сонячне світло не в якій мірі не лімітує продуктивності рослинних співтовариств, тому що завжди знаходиться в надлишку. Продуктивність у першу чергу залежить від кількості води, тому що на виробництво 1 г. сухої органічної речовини рослини здебільшого витрачають 700- 1000 г. води.