Закон максимизации энергии

Вопрос 34

Закон максимизации энергии

 
     Закон максимизации энергии (преимущественного развития или конкуренции) – в соперничестве с другими системами выживает (сохраняется) та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное ее количество наиболее эффективным образом, то есть при данной совокупности внутренних и внешних условий достигает максимального значения энергетической эффективности. Закон максимизации энергии определяет возможности выживания или сохранения одной системы в соперничестве с другими. 
     Закон максимизации энергии, утверждает, что в конкурентной борьбе выживает тот, который сумел максимально полезно провести и с толком использовать полученную извне энергию. Основной поставщик энергии для нас – Солнце.  
     Этот экологический закон генетически заложен в нашем организме абсолютно во всех органах и системах. В организме человека с чистой, здоровой системой оповещения мозга о функционировании органов и систем, четко срабатывает иммунная защита. Она обеспечивает наилучшую организацию использования энергии, максимального её количества наиболее эффективным способом. 
     Для реализации закона максимизации энергии в организме человека осуществляются следующие положения: 
Созданы накопители высококачественной энергии (гормональное консервирование углеводов, так называемая - инсулиновая защита, жировые депо депонированная кровь, многочисленные железы внутренней секреции в стенках сосудов и в слизистой кишечника. Использование накопленной энергии на обеспечение поступления новой энергии. Это условие выполняется за счет химических реакций, смещающих равновесие в сторону консервирования энергии в сложенных химических связях биологически необходимых организму высокоактивных веществ - гормонов, ферментов и др. 
Обеспечение круговорота веществ. Человек, как сложная экологическая система, является моделью самой уникальной экосистемы биосферы.

     Закон снижения энергетической эффективности природопользования - в экологии - закон, в соответствии с которым с течением времени при получении полезной продукции из природных систем на ее единицу затрачивается все большее количество энергии.

Вопрос 21

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОСИСТЕМ 

В зависимости от жизненных сред экосистемы делятся на наземные (атмосферные), водные (гидросферные) и подземные (литосферные).

Выделяют микроэкосистемы (ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макроэкосистемы (континент, океан) и наконец, глобальную экосистему (Биосфера Земли).

Ю. Одум  выделяет три группы природных экосистем: наземные, пресноводные и морские.

В основе классификации лежат определенные признаки: для наземных экосистем – тип растительности, для водных – физические свойства воды.

Очень крупные наземные экосистемы называются биомами. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам, связанных друг с другом экосистем. Одни из них могут быть очень крупными, другие представлять собой, например, небольшой лесок. Важно то, что любую экосистему можно определить как более или менее специфическую группировку растений и животных, взаимодействующих друг с другом  и со средой.

Распространение биомов подчиняется принципу географической зональности. В результате некоторые экосистемы могут встречаться в различных климатических поясах.

Выделяют: леса умеренного пояса, степи, пустыни, хвойные леса (тайга), тундра, саванны, дождевые тропические леса.

В водной среде на основе химических свойств воды выделяют  пресноводные и морские экосистемы.

По сравнению с наземными и морскими экосистемами пресноводные местообитания занимают сравнительно малую часть земной поверхности, но их значение для человека достаточно велико. Прежде всего потому, что пресная вода  – самый удобный и самый дешевый источник воды  для бытовых и промышленных нужд, кроме того, пресноводные экосистемы являются естественными коллекторами переработки антропогенных отходов.

Пресноводные водоемы делят:

1) на лентические (водоемы со стоячей водой) – озера, пруды, водохранилища;

2) лотические,  или водоемы с проточной водой – реки, ручьи, ключи, родники;

3) заболоченные угодья – болота и марши.

Характерной чертой  крупных лентических экосистем является четкая зональность. В типичном случае  различают литоральную  зону, где встречаются прибрежные укореняющиеся растения; лимническую зону, или зону открытой воды, где доминирует планктон, и профундальную зону,  где живут только гетеротрофы. В стоячих водоемах органическая жизнь значительно богаче. Продуценты представлены высшими растениями и фитопланктоном; консументы – зоопланктоном, растительноядными и хищными рыбами; личинки насекомых и бактерии осуществляют разложение органического вещества. Необычайным разнообразием флоры и фауны отличается одно из крупнейших озер планеты  – Байкал.  В нем известно 1085 видов растений и 1550 видов животных.

Основными различиями между текучими и стоячими водами являются:

·                   во-первых – течения, которые служат важным контролирующим и лимитирующим фактором;

·                   во-вторых – обмен между сушей и водой, который наиболее выражен в реках, в результате чего в них формируется более открытая и гетеротрофная система, особенно при невеликих размерах водоема;

·                   в третьих – концентрация кислорода, которая в реке обычно выше и более равномерно распределена. 

В   лотических  экосистемах  выделяют  обычно  две  экологические зоны: 1) перекаты – участки с достаточно быстрым течением, дно свободно от ила и обломочного материала, здесь обитают организмы, которые прочно прикрепляются к каменистому субстрату, способные плавать против течения;  2) плесы – глубоководные участки  с медленным течением, как правило, с мягким субстратом; такие условия благоприятны для жизни роющих и плавающих животных, укореняющихся водных растений и  для развития планктона. 

По химическому составу воды Ливингстон подразделяет реки мира на два типа: 1)жестководные, или карбонатные;  2) мягководные,  или хлоридные реки.

Заболоченными участками называются любые пространства, которые хоты бы часть года покрыты пресной водой. Почвы таких мест насыщены влагой, ключевой фактор, обеспечивающий продуктивность  и видовой состав этих сообществ, это гидропериод, т.е. периодичность колебаний уровня воды. Болота представляют  собой  очень  открытые системы,  и классификация их основана на степени связи с более глубокими водоемами или системами суши. В связи с этим выделяют: речные болота – расположены в низинах и заливных долинах и являются наиболее продуктивными системами; озерные болота соединены с озерами, прудами  и периодически заполняются водой, тесно связаны с уровнем воды  глубоководного водоема; собственно болота – это верховные и низинные  болота, марши, топи, сырые луга, не связанные с озерами и реками. Таких болот очень много в областях бывшего оледенения. Основными обитателями болот являются растения макрофиты, воздушные болотные растения, кустарники; они служат местообитанием водоплавающих птиц, водных и полуводных позвоночных. Долгое время болота рассматривались как бросовые земли и подвергались уничтожению. Сейчас болота признаются естественными фильтрами планеты, экологическая роль которых еще не оценена.        

Морские экосистемы подразделяются:

1) на открытый океан;

2) воды континентального шельфа;

3) районы апвеллинга – зона продуктивного рыболовства;

4) эстуарии – бухты, устья рек, лиманы;

5) экосистему глубоководных рифовых зон Мирового океана.

Экосистема открытого океана  занимает огромную поверхность  и обладает значительным объемом воды  (94% объема всей гидросферы Земли). Жизненная среда океана непрерывна, и в нем отсутствуют границы, препятствующие расселению живых организмов. В океане насчитывается более 160 000 видов животных и около 10 000 видов растений. Среди животных около 16 000 видов рыб, 80 000 видов моллюсков, более 20 000 ракообразных, 15 000 простейших. Среди растений в океане преобладают водоросли: диатомовых насчитывается около 5000 видов, красных – 2 500, бурых  и сине-зеленых – около 2 000 и т.д. Несмотря на такое разнообразие жизни в океане, его органический мир в водной толще распределяется неравномерно.

Экосистемы континентального шельфа – это прибрежные районы, где складываются наиболее благоприятные условия питания и сконцентрировано значительное разнообразие живых организмов, имеющих промысловую ценность. Одним из главных факторов развития этой системы является энергия волн, прибоя и приливов.

Районы апвеллинга формируются в глубоководных  местах, где поверхностные воды постоянно разбиваются о крутые береговые склоны. Системы характеризуются высоким содержанием биогенных элементов в воде, донные отложения содержат много органических веществ и фосфатов. Видовое разнообразие рыб и птиц определяет не только продуктивность, но и короткие пищевые цепи. Некоторые виды-хищники в областях апвеллинга становятся растительноядными. Прибрежные районы часто представляют собой пустыню, так как ветры дуют большей частью с суши, унося влагу. Циркуляция воды осуществляется по вертикали: холодные глубинные воды регулярно поднимаются на поверхность.

Эстуарии – это места впадения пресных речных вод в морские экосистемы. Экосистемы, сформированные в таких местах, отличаются ярко выраженной специфичностью, так как населены биотой, характерной как для пресноводных экосистем, так и для морских сообществ. В местах впадения рек в моря очень часто строят судоремонтные и судостроительные верфи, порты, города и санаторно-курортные организации, что делает эти системы очень уязвимыми.

Экосистема глубоководных рифовых зон океана открыта сравнительно недавно (1977 г.) американскими учеными в Тихом океане на глубине 2 600 м. Здесь в сплошной темноте, где невозможен фотосинтез, господствует сероводородное заражение, высоко содержание ядовитых металлов, имеются выходы гидротермальных источников, были обнаружены оазисы жизни. Живые организмы были представлены гигантскими червями, моллюсками, креветками, крабами, своеобразными рыбами, а серные бактерии играют роль зеленых растений.

В зависимости от степени влияния человека на экосистемы их принято делить на природные и антропогенные. Природные экосистемы функционируют спонтанно, сами по себе, без обязательного участия человека. В их биотический круговорот человек не включается или включается ограниченно в качестве консумента, если занимается собирательством, рыбной ловлей или охотой.

Природные экосистемы делятся на два типа: первичные, не испытавшие существенных воздействий со стороны человека, и вторичные, возникшие на территории, где природные экосистемы были полностью нарушены или даже ликвидированы человеком и затем естественно или искусственно восстановлены или созданы заново. Способность природных экосистем самовосстанавливаться  после частичного или полного разрушения является наиболее важным их свойством как для  человека, так и для самой природы. Восстановление может идти непосредственно или через серию сменяющих друг друга экосистем и требует, как правило, длительного времени. Например, срубленный или сожженный лес полностью восстанавливается естественным путем через 200-300 лет, распаханная степь – через 100-150 лет. Человек может задержать восстановление или даже воспрепятствовать ему в случае экологически ошибочных действий или, наоборот, ускорить восстановление в результате грамотного хозяйствования.

Антропогенные экосистемы делятся на две категории: экосистемы культурные (точнее культивационные), регулярно эксплуатируемые человеком, и экосистемы рудеральные, живая продукция которых человеком не используется и не поддерживается.

·                   Культивационные экосистемы возникают на почве усиления эксплуатации природных ресурсов, когда человек берет на себя не только добычу живого ресурса, но и его полное  или частичное воспроизводство путем организации хозяйства. Экосистема при этом становится искусственной.

По мнению Ю. Одума, агроэкосистемы – это одомашненные системы, которые во многих отношениях занимают промежуточное положение между природными (луга, леса) и искусственными (города) экосистемами. Современное представление об агроценозах отражено в формулировке: это вторичные, измененные человеком биогеоценозы, ставшие значительными элементарными единицами биосферы; их основу составляют искусственно созданные, как правило, обедненные видами живых организмов биотические сообщества. Эти сообщества формируют и регулируют люди для получения сельскохозяйственной продукции. Агроэкосистемы отличаются высокой биологической продуктивностью и доминированием одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений или животных. Выращиваемые культуры и разводимые животные подвергаются искусственному, а не естественному отбору. Как экологические системы агроэкосистемы неустойчивы: у них слабо выражена способность к саморегулированию, без поддержки человеком они быстро распадаются  или дичают и трансформируются в естественные.

Агроэкосистемы с преобладанием зерновых культур существуют не более одного года, многолетних трав – три-четыре года, плодовых культур – тридцать-сорок лет, а затем они распадаются и отмирают. Полезащитные лесные полосы, которые являются элементами агроэкосистем, в степной зоне существуют не менее тридцати лет. Однако без поддержки человеком (например, рубки, ухода) они постепенно дичают, превращаясь в естественные угодья, или погибают. Основу большинства агроэкосистем составляет искусственный фитоценоз: окультуренные (планомерно эксплуатируемые луга и пастбища); полукультурные (непостоянно регулируемые искусственные насаждения – сеяные, многолетние луга); культурные (постоянно регулируемые многолетние насаждения, полевые и огородные культуры); интенсивно культурные (парниковые и оранжерейные культуры, гидропоника, аэропоника и др.). Управление агроэкосистемой осуществляется извне и подчинено внешним целям. Они не имеют природного полноценного механизма круговорота веществ и должны постоянно поддерживаться действиями человека, биотехническими мерами типа вспашки, удобрения, посева, подкормки, прополки и т.д.