Енергетика біогеоценозу. Антропогенна енергія

Антропогенна енергія. Антропогенна енергія – енергія, внесена в біогеоценоз людиною. Ліс, в якому ведеться рубка, одержав із зовні додаткову енергію людських мускулів, бензопил, трелювальних тракторів, лісовозних автомобілів. Такі біогеоценози називають антропогенізованими. Внесена в лісову екосистему невластива природному угрупованню додаткова енергія часто завдає великої шкоди: прискорюються ерозійні процеси, зростає інсоляція, рвуться трофічні зв'язки, усуваються з біотопу окремі особини і цілі популяції.
На рис. 6.10 зображені структурно-функціональні схеми біогеоценозів різного ступеня гемеробії (окультуреності): від первісного (агемеробного) до повністю зміненого (метагемеробного) стану. Як бачимо, зі збільшенням потоку антропогенної енергії в біогеоценоз змінюється вся його структурно-функціональна організація аж до повного її руйнування.

На схемі (рис. 6.10, І) (за Еленбергом) зображена природна агемеробна екосистема (ліс), на яку не впливає господарська діяльність людини і яку можна було б розкласти на ієрархію підсистем, зокрема: а) передачі енергії; б) опадів, евапотранспірації; в) руху мінеральних речовин. Головним спільним знаменником екосистеми є кормові ланцюги, які зв'язують фізичне оточуюче середовище з трьома головними життєвими компонентами: продуцентами, консументами і редуцентами. Динаміку цієї природної екосистеми спричинює безперервний кругообіг мінеральних речовин.

Рис. 6.10, (І). Агемеробна екосистема.

Рис. 6.10, (ІІ). Олігогемеробна екосистема.

Передача енергії, на відміну від потоку поживних речовин, який є циклічним, відбувається зі значною втратою її у вигляді тепла відповідно до другого закону термодинаміки, тобто поступально. Функціональними процесами, які відбуваються в природній екосистемі, є, по-перше, синтез органічної речовини, переважно біосинтез матеріалу нових клітин (біомаса) за допомогою енергії, одержаної від Сонця; по-друге, біологічний розклад біомаси і мертвої органічної речовини, яка одержується при цьому із втратою енергії у вигляді тепла і виділення неорганічних хімічних речовин.
Для природної екосистеми характерні також розвинуті вертикальні (радіальні) речовинно-енергетичні потоки, інтенсивне накопичення і розклад мертвої органічної речовини, а також її мінералізація. Вона функціонує лише за рахунок напрямленого потоку енергії, постійного її надходження із зовні у вигляді сонячного випромінювання або ж готових запасів органічної речовини.
Першою особливістю ще малозміненого в процесі людської діяльності олігогемеробного біогеоценозу є одержання ним із зовні, крім сонячної, нового виду енергії – антропогенної (рис. 6.10, ІІ). Це енергія лісопосадкових і лісорубних машин, сіножаток і просто косарів, які не порушують структурно-функціональної організації природних біогеоценозів лісу чи луки.
За фітоценотичною класифікацією (Кучерявий, 1990), до природної лісової рослинності II класу гемеробії належать корінні і похідні рослинні угруповання, розвиток яких лише певною мірою спрямовує людина (сприяння природному поновленню лісу без підсіву чи підсадки, санітарні рубки і рубки догляду, які особливо не змінюють співвідношення особин у деревостані та підлісковому ярусі). Якщо антропогенна діяльність у біогеоценозах другого ступеня гемеробії ведеться раціонально, на науковій основі, то спостерігається навіть ефективніше функціонування ланцюгів споживання і розкладу, підвищення продуктивності рослинних угруповань даного біогеоценозу.
На рис. 6.10, ІІІ зображена структурно-функціональна організація мезогемеробного паркового біогеоценозу. Тут, як і в лісових екосистемах першого і другого класів гемеробії, суттєво не порушені зв'язки між внутрішніми системами біогеоценозу: 1) первинного продуцента; 2) фітофагів; 3) хижаків, у тому числі травоїдних; 4) паразитів; 5) редуцентів. У цьому біогеоценозі переважають вертикальні (радіальні) канали руху речовини й енергії.
Якщо в олігогемеробній екосистемі антропогенізація проявилась в основному у внесенні додаткової кількості енергії, то паркова екосистема, крім того, одержує додаткову кількість мертвої органічної речовини (органічні добрива) і воду (поливання), мінеральні речовини (мінеральні добрива, хімічні техногенні інтоксиканти). Додаткову енергію паркові екосистеми (розташовані поблизу великих територій, покритих мертвою підстилаючою поверхнею (забудова, замощення і т.п.), одержують у вигляді тепла, акумульованого цими територіями.

Рис. 6.10, (III). Мезогемеробна екосистема.

Рис. 6.10, (IV). Еугемеробна екосистема.

На рис. 6.10, IV зображена схема структурно-функціональної організації еугемеробної (керованої) екосистеми типу пшеничного або бурякового лану, лісової плантації або саду, квітника чи газону, виноградника чи декоративного водоймища. Сюди більше, ніж в мезогемеробну екосистему, вноситься із зовні органічної та мінеральної речовини, води і більше виноситься органічної маси у вигляді цілих рослин або плодів. Під сильним антропогенним впливом перебувають латеральні (горизонтальні) речовинно-енергетичні потоки, а існування гетеротрофних блоків повністю залежить від господарської діяльності людини (внесення добрив, хімічні і біологічні методи захисту рослин, підсадка, прополка). Як бачимо, в цих біогеоценозах людина майже повністю управляє енергетичним балансом: шляхом різноманітних агротехнічних заходів і використання інженерно-технічних засобів зменшує чи збільшує надходження сонячної, хімічної, теплової та механічної енергій.
В класифікації гемеробності біогеоценозів особливе місце займають полігемеробна (кар'єри, терикони, звалища) таметагемеробна (замощення, забудова) екосистеми. Руйнівна енергія антропогенного характеру утворює девастовані ландшафти, наприклад свіжого кар'єру чи звалища (рис. 6.10, V). Тут ще немає біогеоценозу: відсутнє рослинне угруповання – фітоценоз, який дав би змогу встановлювати його межі. Отже, це неповночленний біогеоценоз з його зруйнованим екотопом, зміненим кліматом і ледь розвинутим біоценозом (перші рослини, збіднений тваринний і мікробний світи). Однак, без сумніву, на місці ділянки девастованого ландшафту невдовзі сформується проста піонерна сукцесія, а за нею наступні – більш складні і продуктивні.
Поява перших рослин в зоні девастації земної поверхні пов'язана з наявністю у мертвій материнській породі залишених попередніми екосистемами або занесених водою органічних решток. Ці екосистеми появляються так, як і перші екосистеми Землі – гетеротрофним шляхом, який залежить від наявності органічної речовини.
Метагемеробна екосистема (забудована чи замощена земна поверхня) теж типова гетеротрофна (рис. 6.10, VI). Вона буде розвиватися залежно від наявності мертвої органічної речовини, якої в даний час може й не бути, але тут є нижчі організми, готові її створювати, наприклад, з асфальту чи розкиданих повсюди полімерів. Ця екосистема – зразок майже повного поглинання антропогенною енергією колись природного біогеоценозу лісу, луки чи болота.
Як бачимо, гемеробні екосистеми – наслідок діяльності людини.

Рис. 6.10, (V). Полігемеробна екосистема.

Рис. 6.10, (VІ). Метагемеробна екосистема.

Енергетичні добавки в екосистеми можуть мати різну форму: іригація, добрива, пестициди, транспортування, усунення бур'янів. Якщо раннє землеробство в основному використовувало працю людини, то сучасне сільське господарство використовує енергетичну дотацію у вигляді нафти, добутої за тисячі кілометрів від поля.