Человек и экосистемы

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропо­генные экосистемы. Примерно 10 тыс. лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство — растениеводство и животноводство. Освоив сельскохозяйственную модель, чело­век исторически подошел к промышленной революции, кото­рая началась всего 200 лет назад, и до современного комплекс­ного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели. На современном этапе он для удовлетворе­ния своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

Энергия — это изначальная движущая сила экосистем, при­чем всех — и природных и антропогенных. Энергетические ре­сурсы этих систем могут быть неисчерпаемы — солнце, ветер, приливы и исчерпаемы — топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т. п). Используя топливо, человек может добав­лять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности суще­ствующих систем, Ю. Одум (1986) предложил их классифика­цию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре фундамен­тальных типа экосистем:

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые.

Природные, движимые Солнцем, субсидируемые дру­гими естественными источниками.

Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

Индустриально-городские, движимые топливом (иско­паемым, другим органическим или ядерным)».

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее. Пер­вые два типа — это природные экосистемы, а третий и четвер­тый следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогор­ные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относят эстуарии в прилив­ных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т. е. те, кото­рые субсидируются энергией приливных волн, течений и вет­ра.

Хотя экосистемы первого типа неспособны поддерживать высокую плотность их фауны и флоры, но они занимают гро­мадные площади — одни океаны — это 70% территории зем­ного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они* являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жиз­необеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы, проживающие здесь, например, в эстуариях, приспособились использовать «допол­нительную» энергию приливов и течений, а в дождевых ле­сах — энергию ветра и дождя и т. п. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на соб­ственное содержание, но часть этой продукции может выно­ситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» на под­держание своей жизнеспособности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других мате­риалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но глав­ное, именно здесь очищаются большие объемы воздуха, воз­вращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже с полным правом можно отнести третий тип — это агро-экосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого чело­веком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазви­тие культурных растений в период вегетации — это процесс при­родный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. — это уже энерге­тические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, пре­жде всего, в ееупрощении, т. е. снижении видового разнообра­зия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцес­сии, добиваясь максимальной первичной продуктивности од­ного или нескольких растений (например, кукурузы, пшени­цы, гороха и т. п). Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на обра­ботку почв и т. п.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процес­са. То, что мы называем сорняками, — не что иное, как пио­нерные виды растений, вредители — насекомые и другие жи­вотные, а возбудители болезней — микроорганизмы. Сорные растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай, если активно не бороться с ними.

Животноводство — это также путь к упрощению экосисте­мы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких живот­ных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищ­ников — как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

В целом же, нетрудно догадаться, что, по мере роста наро­донаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все но­вые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые про­дуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов, осушения болот и т. п.). На поддержание этих систем в «моло­дом» возрасте увеличится использование топливно-энергетиче­ских ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генети­ческого) разнообразия и природных ландшафтов.

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за мо­нотипного видового состава, так как в результате какой-то эко­логической катастрофы, например засухи, ее уже не восстано­вить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни челове­чества они необходимы, поэтому наша задача — сохранить ба­ланс между упрощенными антропогенными и соседствующи­ми с ними более сложными, с богатейшим генофондом, при­родными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики — при­родные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, са­мое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе, а верхний предел притока энергии для любой постоянной, дли­тельно функционирующей системы, составляет около 50000 ккал/м² г. Однако существенное различие между системами в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими или вообще одним-двумя видами, а в природной — многими видами и веществами.

Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах четверто­го типа, к которым относятся индустриально-городские систе­мы — здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экоси­стемах — здесь ее расход на два-три порядка выше. Годовая потребность человека в пище — около 1 млн ккал, но если под­считать затраты энергии на душу населения, существующие реально, то они окажутся в десятки раз больше (так, в США они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты отличают­ся, но особенно большая разница между богатыми странами и развивающимися — она может быть в странах «третьего мира» в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны как бы находятся в стадии экосистемы первого-второго типа, в то время как развитые страны уже прошли через все четыре типа экосистем.

В связи со сказанным выше, следует отметить, что экосис­темы третьего и четвертого типа не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы мо­гут существовать без антропогенных.