Лекция 4 (1184155), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Но параллельно в любой экосистеме протекает процесс, обратный фотосинтезу, — дыхание (разложение органического вещества с потреблением кислорода и выделением СО2). Хотя дышат все организмы, поступление в атмосферу основной массы углекислого газа почти целиком определяется дыханием бактерий и грибов. Дыхание происходит в течение более длительного периода, чем фотосинтез. Летом, когда тепло, интенсивность его особенно велика, но на это же время приходится пик фотосинтеза, и в результате связывается СО2 гораздо больше, чем выделяется. Но как только фотосинтез ослабляется, соотношение потребления и выделения СО2 сдвигается в сторону выделения и концентрация СО2 в воздухе растет.

Авторы обсуждаемой работы на примере нескольких непрерывных (продолжающихся по меньшей мере 15 лет) рядов наблюдений за изменениями содержания СО2 в разных точках Северного полушария проследили, как меняется во времени положение тех точек на графике, где линия сезонных колебаний пересекает линию основного тренда. Таких точек за год две[21]. «Весеннее пересечение» соответствует моменту, когда кривая содержания СО2 идет вниз: в результате интенсивного фотосинтеза процессы связывания этого газа начинают преобладать над выделением. «Осеннее пересечение» соответствует моменту, когда кривая идет вверх, и выделение СО2 в результате дыхания начинает преобладать над связыванием его в ходе фотосинтеза.

До самого последнего времени предполагалось, что отмечавшееся увеличение потребления СО2 растительностью происходит прежде всего за счет удлинения вегетационного сезона — периода активного роста растений. И действительно, весна фенологически, например по срокам распускания листьев, наступает всё раньше и раньше (в Западной Европе по сравнению 1960-ми годами в среднем уже на 12 дней раньше), а осень всё чаще бывает аномально теплой. По идее, подобные климатические изменения и следующие за ними изменения фенологические должны сказаться и на характере сезонной динамики содержания СО2. «Весеннее пересечение» должно наступать всё раньше, а «осеннее» всё позже.

Но проверка этой гипотезы на реальных данных выявила неожиданную тенденцию: если «весеннее пересечение» действительно стало наблюдаться раньше, то «осеннее пересечение» тоже сдвинулось на более ранние сроки (а не поздние, как ожидалось). Произошло это потому, что благодаря высоким температурам осенью очень резко возросла интенсивность дыхания экосистем (хотя фотосинтез тоже продолжался, и даже активнее, чем в предыдущие годы). В результате существенно усилилось выделение СО2 в осенний период. Более того, это усиление почти полностью (на 90%) компенсировало то увеличение связывания СО2, которое произошло за счет более теплой и ранней весны.

Авторы статьи подчеркивают, что если обнаруженные тенденции в изменении сезонной динамики СО2 сохранятся (а, по-видимому, так и будет), то поглощение северными экосистемами углерода может заметно сократиться уже в самое ближайшее время. Уповать на то, что бореальные леса (значительная часть которых находится в России) будут в случае потепления связывать всё большее количество углекислого газа и тем самым противостоять усилению парникового эффекта (и, соответственно, самому потеплению), увы, не приходится»[22].

Далее, из курса общей экологии нам известно, что число трофических уровней в экосистеме ограничивается "правилом 10%" - на каждый следующей уровень переходит не более 10% энергии или биомассы, накопленной на предыдущем в виде биологической продукции. Поэтому справедливо замечание Е.А.Шварца (2004), что происходящее ныне «существенное сокращение площади естественных природных сообществ для видов наземных позвоночных животных равносильно эквивалентному сокращению энергии низших трофических уровней (в первую очередь автотрофов).

Отсюда естественен вывод, что глубокая трансформация более 25-30% площади природных сообществ региона превращает виды наземных позвоночных верхних трофических уровней, а также наиболее крупные по размерам виды наземных позвоночных более низких трофических уровней (крупные фитофаги) в разряд исчезающих (рис.12).

Рисунок 12. Экологические последствия антропогенной трансформации природных местообитаний для разных трофических групп природного разнообразия. Ось Х – общая территория, поделённая на естественные и антропогенные местообитания, или экологическая ёмкость угодий для видов разного трофического уровня. Видно, что для видов «на верху» пирамиды последняя изначально невелика, и быстро падает до нуля с увеличением доли антропогенно-преобразованных территорий до «критических» 25-30%

Источник. Е.А.Шварц, ibid. C.61

Таким образом, проблема сохранения видов верхних трофических уровней (хищных позвоночных), а также во многих случаях и крупных позвоночных фитофагов (например, копытных животных европейских степей) заключается не столько в том, что мы не можем или уже не смогли (как в случае с тарпаном Equus gmelini) защитить эти виды от прямого преследования человеком[23], сколько в том, что сохранившиеся участки естественных экосистем компонентами которых являлись эти виды, уже не обладают достаточной общей площадью для того, чтобы образовать биомассу, необходимую для устойчивого прокормления и воспроизводства популяций перечисленных "крупных" или "хищных" видов.

Иными словами, с того момента, как человек начинает активно питаться сырками и пастами из океанического криля, вымирание усатых китов становится вопросом времени, вне зависимости от эффективности контроля над выполнением международных запретов китобойного промысла. Это подтверждается опубликованной в журнале Nature статьёй о неустойчивости системы морского и океанического рыболовства, в которой показано постепенное снижение среднего трофического уровня вылавливаемых для потребления объектов (Pauly et al., 2002).

Уточнение деталей. Данные самого Е.А.Шварца показывают, что на всех континентах преобразование природных ландшафтов в сельскохозяйственные земли, урбанизированные территории и т.д. приближается к этой опасной черте, при том что существующая сеть заповедников, национальных парков, природных резерватов и других особо охраняемых природных территорий (ООПТ) явно недостаточна, для того, чтобы эти события предотвратить (табл.5).

Таблица 5. Общая доля сельскохозяйственных угодий (1, %) и ООПТ (2, %) в площади основных регионов суши.

Примечание. Для того чтобы сеть ООПТ могла выполнить свою роль сохранения исходного разнообразия эталонных участков природного ландшафта до начала антропогенного изменений данной территории в индустриальную эпоху, она должна занимать не менее 10% площади региона.

Источник. Шварц, 2004. С.59. Регионы приведены согласно классификации Всемирного банка.

Другое дело, что описанные Е.А.Шварцем процессы не всегда означают вымирание соответствующих видов позвоночных, из тупика, связанного с разрушением природных биомов есть выход в виде урбанизации "диких" видов, их "пересаживания" из деградирующих естественных местообитаний в техногенные аналоги последних, естественным образом возникающие на урбанизированных территориях и в зонах влияния города. Этот процесс в последние 500 лет естественно идёт, он затронул целый ряд видов «с самого верха» экологической пирамиды, или видов, жёстко связанных биотопически с крупными массивами ненарушенных природных сообществ, например, разновозрастных широколиственных или бореальных лесов (см. лекция 11). Отсюда важнейшая задача природоохранной деятельности на староосвоенных территориях - поддержать и стимулировать этот процесс, планировать экологический каркас современного города, чтобы он был привлекателен для всё новых и новых видов из региона и тем самым стимулировал их урбанизацию (лекция 13).

В любом случае данные табл.5 показывают, что в современной ситуации нельзя «территориально разделить» охрану природы и зоны интенсивной хозяйственной деятельности, что считали идеальным многие мыслители 1970-х гг. Процесс антропогенной деградации основных биомов планеты зашёл настолько далеко, что охрану дикой природы приходится осуществлять и в существенно изменённых ландшафтах, в том числе на урбанизированных территориях. Тем самым требуется искать пути сопряжения хозяйственного развития того же города или региона с экологической устойчивостью и природоохранными задачами: в лекции 13 мы покажем, что это принципиально возможно, какие есть конкретные успехи и неудачи на этом пути.

Кроме отчуждения площади естественных местообитаний для антропогенной трансформации, размещения там с/хугодий, рудников и городов, человек прерывает процессы естественного восстановления нарушений в природных ландшафтах [24], поскольку использует для собственных нужд значительную часть первичной продукции растительности.

Первичная продукция в экосистемах аналогична ВВП в экономике – это масса новообразованного органического вещества за определённый период времени (обычно год). Её делят на валовую и чистую: первая – всё органическое вещество, «добавленного» за счёт работы растительности, вторая – первая минус расходы на дыхание[25].

Далее наиболее существенно преимущественное потребление человечеством природно-возобновимых ресурсов, вроде воды, воздуха, и биомассы, а не технически-возобновимых или невозобновимых, вроде металлов, минерального топлива и т.д. (табл.2). Поэтому для экологической устойчивости планеты исключительно важно, какую часть продуктивности экосистем люди отчуждают себе, а какую часть оставляют природе, достаточно ли её для поддержания круговоротов и функционирования биосферы. Благодаря тому, что совсем недавно удалось точно оценить долю первичной продукции, потребляемой человечеством, сейчас можно чётко сказать, что «оставляемая природе» часть никак недостаточна.

Как пишет А.М.Гиляров[26], «чистая первичная продукция, т.е. суммарное количество органического вещества, произведенного за определенное время растениями, оценивается сейчас для всей суши как 56.8 x 10¹⁵ г (=млрд. т) углерода в год[27]. Эта величина рассчитана на основании данных по состоянию растительного покрова (как естественного, так и на возделываемых землях), полученных в разное время года с помощью космических аппаратов.

Часть первичной продукции потребляется животными, в том числе человеком, и хотя общая биомасса Homo sapiens составляет не более 0.5% от биомассы всех гетеротрофов, изъятие им растительной продукции непропорционально велико, поскольку расходует он ее не только на собственное питание, но и на корм скоту, в качестве топлива, материала для производства мебели, бумаги, тканей и прочих хозяйственных нужд. В зависимости от принятой методики расчетов оценки доли изымаемой человеком первичной продукции суши сильно расходятся – от 3 до 39%.

Недавно группа исследователей во главе с Марком Имхоффом[28] из Центра биосферных исследований при НАСА (Гринбелт, Мэриленд, США) предприняла новую попытку расчета этих показателей и составила карты, демонстрирующие распределение по всему земному шару как абсолютной величины изымаемой первичной продукции, так и отношения этой величины к первичной продукции данного региона. Первым шагом исследования был выбор коэффициентов, связывающих массу потребляемого продукта, например, пищи, с той массой растений, которую нужно было изъять из природы (в широком смысле, включая возделываемые земли), чтобы данный продукт получить.

По результатам расчетов Имхоффа и его коллег годовая оценка суммарного изъятия человеком первичной продукции на суше составила 11.54 x 10¹⁵ г углерода, или 20.32% всей годовой чистой первичной продукции. Поскольку в своих построениях авторы опирались на разные приводимые в литературе оценки тех или иных показателей, они помимо среднего значения привели также величины, полученные при использовании имеющихся низких и высоких оценок. Соответствующие величины оказались равными 8 x 10¹⁵ г и 14.81 x 10¹⁵ г углерода в год (в процентах от первичной продукции это составляет 14.10% и 26.07%).

Любопытно сопоставление разных «статей расхода» потребляемой человечеством первичной продукции. Так, производство пищи требует изъятия в год 4.09 x 10¹⁵ г углерода, а использование растений в качестве топлива – примерно такого же количества вещества – 4.31 x 10¹⁵ г углерода. Карта, показывающая распределение абсолютных величин изымаемой первичной продукции по земному шару, соответствует распределению плотности населения, но учитывает также различия в уровне потребления на душу населения. Для развитых стран оно составляло 3.2 т С в год на человека, а для развивающихся, на которые приходится 83% всего населения Земли, - 1.8 т С в год на человека. Области максимального потребления первичной продукции – это весть Индостан и Юго-Восточная Азия (прежде всего восточные районы Китая, Япония, Корейский полуостров и полуостров Индокитай), некоторые области экваториальной Африки, восточные районы Сев. Америки и некоторые районы Центральной Америки.

Любопытна карта, показывающая распределение отношения чистой первичной продукции, изымаемой человеком, к чистой первичной продукции, характерной для данной местности. Для большей части северной Евразии, Северной Америки, Южной Америки и Австралии рассчитанные величины очень низки (доли процента, или 10-20 % в густонаселенных районах), но для севера Индии (полоса, тянущаяся вдоль Гималаев), восточных районов Китая и запада Аравийского полуострова величины потребления превышают чистую первичную продукцию данной местности в десятки и даже сотни раз. Очевидно, что население существует здесь исключительно за счет импортируемого продовольствия и других товаров, получаемых из растительного сырья (строительный лес, ткани и т.п.)».

Зададимся вопросом, а сколько можно изымать первичной продукции, чтобы не нарушить функционирование естественных экосистем? Он совершенно не праздный: рыночная экономика обладает достаточными стимулами, чтобы побудить изъять всё и остаться на бобах. Скажем, когда в 1994 году в приграничные районы Карелии пустили финские передвижные пункты, принимавшие грибы-ягоды-другие дары леса, то собрали всё, не оставив ни зверю, ни тетеревиным птицам, да и история промысла морского зверя наталкивает на сходные выводы.

Оценки допустимого изъятия не очень точны, но порядок цифр ясен: если бы мы умели не размещать свои отходы в экосистемах, мы могли б изымать 25-30% первичной продукции на нужды хозяйства. Но поскольку человек ведёт себя как медведь в овсах – не столько ест, сколько портит – то лишь 3-7%[29]. То есть значимо меньше действительного изъятия».

Характеристики

Список файлов лекций