Экология: биология взаимодействия. 3.15. (дополнение) КПД экосистем и энергетические субсидии

3.14. (дополнение) Флора, фауна, консорции

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ

3.16. (дополнение) Биомы и человеческая культура

3.15. (дополнение) КПД экосистем и энергетические субсидии

Важным показателем, отражающим совершенство разнообразных технических устройств, является их КПД — коэффициент полезного действия, показывающий отношение преобразованной энергии к затраченной. В силу первого начала термодинамики КПД не может превышать 100%, а в силу второго — даже достигнуть уровня 100% (у природы нельзя выиграть; с ней даже нельзя сыграть вничью).

Мы привыкли думать, что естественные системы совершеннее искусственных. Однако если мы оценим КПД экосистемы, он покажется нам ужасающе малым. Мы говорили, что в чистую первичную продукцию растений преобразуется около 0,1% падающего на поверхность Земли солнечного излучения. Значит ли это, что КПД экосистем составляет около одной десятой процента и технические устройства оказываются намного более эффективными?

Конечно, нет: когда речь идет о технике, при расчете КПД не принимаются во внимание ни затраты на поддержание устройства в рабочем состоянии, ни, тем более, затраты на его производство. Высчитывая КПД двигателя, мы считаем само самим разумеющимся то, что где-то существует техник, который поддерживает этот двигатель в рабочем состоянии, и когда-то существовал слесарь, который этот двигатель сделал. Затраты на техника и слесаря мы попросту не включаем в расчет. Технические системы сохраняются за счет мышечной и топливной энергии. В отличие от технических устройств, природные биосистемы сами себя воспроизводят и поддерживают.

Впрочем, и экосистемам можно помочь затратами энергии «со стороны». Чтобы сорняки не забили пшеницу на пшеничном поле, человек прилагает дополнительные затраты энергии. В примитивном сельском хозяйстве эта энергия может быть мышечной (например, затраты на прополку), а в современном потребности в энергии обеспечиваются в основном благодаря использованию ископаемого топлива. Это за счет ископаемого топлива производятся удобрения и пестициды, движутся по полю трактора и комбайны, подается вода… Речь идет об энергетических субсидиях — энергии, полученной из дополнительного источника, которая уменьшает затраты на самоподдержание экосистемы и увеличивает долю энергии, переходящую в продукцию. Чаще всего мы можем столкнуться с энергетическими субсидиями в искусственных экосистемах: например, на полях. Впрочем, существуют и естественные субсидируемые экосистемы, например, поросшие густой растительностью мелководий в тропиках (такие мелководья называют маршами). Высокая продуктивность этих систем связана, кроме всего прочего, с тем, что энергия приливов и отливов перемешивает в них среду, подносит биогены и обеспечивает нормальный газообмен.

В соответствии со сказанным, можно выделить 4 различных типа экосистем. Несубсидируемые природные, субсидируемые природные и субсидируемые искусственные в основном или исключительно благодаря энергии Солнца, а промышленно-городские существуют за счет энергии ископаемого топлива.

Сорта, к которым переходит интенсивное сельское хозяйство, требуют больших энергетических субсидий. Охота за семенным материалом, используемым в интенсивной культуре передовых стран для использования на собственных приусадебных участках, субсидируемых мышечной энергией, — бессмыслица. Любая субсидия при превышении определенного предела становится стрессовым воздействием.

 

3.14. (дополнение) Флора, фауна, консорции

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ

3.16. (дополнение) Биомы и человеческая культура