Одум - Экология - т.1 (947506), страница 40
Текст из файла (страница 40)
При уд- 12» 180 Глава 3 воении размеров системы, как правило, более чем вдвое увеличивается количество энергии, которая должна отводиться на уменьшение энтропии, связанной с необходимостью сохранения структурной и функциональной сложности. При увеличении размера и сложности системы проявляется аакон увеличения отдачи, или экономия, связанная с масштабами, например возрастает качество и устойчивость системы к нарушающим воздействиям.
Однако при этом наблюдается также уменьшение отдачи, или расходы, связанные с масштабами, что объясняется увеличением стоимости откачивания неупорядоченности. Такое уменьшение отдачи внутренне присуще большим и сложным системам. Его можно сгладить, улучшив конструкцию системы, что увеличит эффективность превращений энергии, но полностью устранить невозмоя»но. Закон уменьшения отдачи приложим ко всем видам системы. По мере увеличения размеров и сложности экосистемы растет та доля валовой продукции, которую сообщество вынуждено расходовать в процессе дыхания на самоподдержание, и падает та доля, которая может идти на дальнейшее увеличение размеров.
Когда уравновесится поступление и расход, дальнейший рост системы прекращается. Количество биомассы, которое может поддерживаться в этих условиях, называется максимальной поддерживающей емкостью (способностью) среды. Сейчас накапливается все больше данных, указывающих, что оптимальная поддерживающая емкость, способная сохраняться долгое время, несмотря на капризы среды, ниже теоретической максимальной, возможно, на целых 507». Объяснения Опыт работы с физическими сетями, такими, например, как телефонные, показывает, что при увеличении числа абонентов или звонков (С) число необходимых контактов (У) на телефонной станции растет почти как квадрат С, а именно Ф(Ю вЂ” 1) С= В 1950 г. К.
Шеннон (БЬапнон, 1950), работавший в телефонной лаборатории компании «Белл», доказал, что расходы, связанные с увеличением масштабов, — неотъемлемое свойство сетей и что никакой метод построения сети, даже самый хитроумный, не может устранить это свойство. Самое большев, чего можно достичь в контактных сетях, — это уменьшить расходы настолько, что Л будет расти в степени 1,5. Теория сложности в приложении к механическим системам рассматривается в работе Пиппенджера (Р(ррепяег, 1978).
Энергия з экологических системах 181 Являются ли такого рода расходы, связанные с масштабами, неотъемлемым свойством экосистем, неизвестно, но по крайней мере часть воарастающей платы за сложность компенсируется преимуществами, которые в экономике называются экономией, связанной с масштабами. Метаболизм на единицу массы уменьшается с увеличением массы организма или биомассы леса, так что на единицу потока энергии удается поддерживать больше структурных образований. Добавочные функциональные цепи и петли обратной связи могут увеличить эффективность испольаования энергии и повторного использования веществ н могут повысить устойчивость или упругость по отношению к нарушающим воздействиям. Как подчеркивалось в гл. 1, воэможность появления эмерджентных свойств, в том числе симбиоза между организмами, может увеличить общую эффективность.
Р1о какие бы приспособления ни возникли в системе, общая энтропия быстро увеличивается с ростом размеров. В результате все большая и большая доля общего потока энергии должна отклоняться на дыхание, связанное с поддержанием системы, в связи с чем все меньшая доля остается для нового роста. Когда расходы энергии на поддержание уравниваются с количеством доступной энергии, дальнейший рост прекращается, достигается теоретическая максимальная поддерживающая емкость. Концепцию поддерживающей емкости можно разъяснить с помощью диаграмм типа показанных на рис. ЗЛ9. Рост размеров и сложности популяций, а также целых экосистем часто идет по 8-образной или сигмоидной кривой.
Простые математические модели сигмоидного роста рассмотрены в гл. 6. Сейчас следует обратить внимание на две точки на кривой роста: К, верхняя асимптота, соответствует максимальной поддерживающей емкости (определение ее см. на с. 180), а 1, точна перегиба, где скорость роста максимальна, дополнительно объясняется на нижней диаграмме рис. ЗЛ9. Специалисты по управлению ресурсами промысловых животных и рыбы часто называют уровень 1 максимальным постоянным выходом или оптимальной п отностью, так как, согласно теории, собранная биомасса будет быстрее всего восстанавливаться на этом уровне.
Сложность поддержания максимального уровня (К-уровня) в колеблющихся условиях среды, реального мира состоит в том, что неизбежны отклонения от этого уровня: превьппения вследствие инерции роста популяции и снижения (хотя бы временные)' вследствие периодического уменьшения доступных ресурсов (например, при засухе). Когда уровень становится выше максимального и энтропия превосходит способность системы рассеивать ее, наблюдается уменьшение размеров, или «крушение». Если при этом пострадала производительная способность среды, сам уро. вень К может временно снизиться (на рис. 3.19 — до уровня К')'. Гзззз 3 182 Как указывалось в равд.
3, мировая проблема снабжения человечества продуктами питания заключается в том, что потребность в пих сейчас приближается к максимальной производительной способности Земли прп существующих технологических, полити- Превышение Подл рииваощ способ«о а срезы х' Диапазон павварис ввоыей У спас би сеи средЫ РЯЗМЕРЫ. Рнс. ЗЛ9.
Поддерживающая способность среды в ес сзлзь с свсиепдпым ростом популяции. К вЂ” максимальная плотность, которая может сохраняться ва данном пространстве и данной базе ресурсов, Гсэп плотность презосхоюст этот уровеяь, то К может, пс крайней мере временно, понизиться де дд б точка персгпба, отмечает уровень, прп котором скорость роста максиызпьпн. Это теорртвчесввй оптапеувц прп котором устойчивый уровсай попу- .П.цпп дпчп пдв рыбы максимален. Пвапазов от У де Гс соптветстзуст безопасном влп желательной плотности (объясвепве в тексте).
(С пзмевеппямв по т1РСв1!овй)Ь '1979.) ческих, зкономических п распределктельных ограничениях. Любое сильное стрессовое воздействие, например война, засуха или болезнь, которое сократит урожаи хотя бы на год, означает серь езное недоедание плп голод для миллионов, еле сводящих концЫ с концами. Безопасный допуск уровня максимальной поддерживающей емкости очень невелик. С точки зрения долгосрочной безопасно.
1ВЗ Эяергвя з зколопшесьих системах стп и стабильности уровень желательной поддержпвагощей емкости находится где-то между К и Г (диапазон поддерживающей емкости, отмеченный на рьс. 3.19). Примеры Примеры увеличения и уменьшения отдачи при росте размеров города показаны на графике рис. 3.20.
По мере роста города растет зараоотная плата его обитателей, но ухудшается качество воздуха. Сейл (Ва1е, 1978) перечисляет другие примеры уменьшения отдачи, связанного с размерами: 1. Повьппенпе расходов на транспорт. 2. Массовая безработица в периоды экономического спада. 3. Волее высокая заболеваемость служащих (хрошгчесьое воздействие загрязнения воздуха и других загрязнении).
4. Более высокие аатраты на поддержание п обслужпваппе, растущие быстрее, чем численность населения. 5. Более высокие затраты па отопление и охлаждение (эффекты «теплового острова» от зданий н бетона). 6. Снижение качества образования. 7. Рост преступности. Разумный баланс между затратами и выгодами складывается. по-видимому, в городе умеренных размеров с населением около 100 000 человек. Конечно, прп определении теоретически оптпмальпьы размеров города надо учитывать много сложных факторов.
Как уже отмечалось (с. 89), индугтрггальпо-городская экосистема сильно зависит от размеров и емкости среды яа входе и греты на выходе, необходимых для поддержания города. Возможно, в идеале каждый регион СШЛ должен иметь одпп очень крупный город, дающггй те культурные преимущества, которымя могут обладать только очень больпше города, например музеи, филармонии, высококлассные спортивные команды.
Кроме такого города в регионе должно иметься множество пебг~льшпх городов н городков, обеспечивающях такое качество жпзпп, которое удовлетворяет болыгпшство людей. Гражданам придется смириться с тем, что крупный центральный город не может сам себя обеспечивать и нуждается в дотациях от пггата и федерального правительства — это будет плата за экономические и культурные блага, предоставляемые им всему штату пчп региону. Если все города будут хорошо забуферены и окружены зелеными поясами и сельскохозяйственными угодьями, которые обеспечат необходимую для ягизнгг среду на входе и непроизводительные затраты, связанные с поддержанием концентрированных потоков энергии, и, кроме того, функционирование городов будет эффективно регулироваться, то невыгодность нх существования можно свести к терпимому уровню.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
