Затем вычисляется с по формуле

С = 2L/(S[S-1]), (22:1)

где L – число ненулевых коэффициентов взаимодействий в матрице сообщества. Для экосистем в табл. 22.1 и на рис. 22,lЬ S=6; С = 16/30= 0,53.'

Лишь несколько, промышленных пищевых сетей были проанализированы этим способом, но те, которые были, включают системы, изображенные на рис. 22.2,c, 22.3 и 22.4. Когда у этих сетей и 16 других была вычислена связанность, оказалось, что их, среднее очень близко к показателю для биологических систем (рис. 22.6): Этот результат удивляет; поскольку по ряду причин можно было бы ожидать, что С_IE< С_ВЕ :

промышленные экосистемы находятся на боле ранних этапах эволюции, чем биологические, и с развитием экосистемы связанность обычно растет;

организмы БЭ обмениваются органическими веществами в приблизительно одинаковой химической форме. Однако организмы ПЭ имеют более широкие особенности питания - некоторым нужны нефтепродукты, некоторым - метaллы, некоторым продукты деревообработки. В такой системе несовпадение между исходящими потоками и потребностями в pecypcах действуют против высокой связанности.

Анализ большого числа промышленных пищевых сетей может таким образом, выявить характеристики, не показанные в других подходах. В проекте экосистемы на рис. 22.5, например сетевой анализ может отразить отсутствующий сектор или тип промышленной деятельности, который способен увеличить связанность. И наоборот, такие исследования могли бы помочь рассмотреть вопрос, который остается так же сложен для БЭ, как и для ПЭ: какова будет реакция конкретной экосистемы на конкретный тип возмущения? Эти темы дают богатую область для детальных исследований.

Рис.22.6

Диаграммы связанности различных типов сетей питания; "BIO =' 1'13 биологических. пищевых сетей;! IND = i 19 промьtшленныIх' пищевых се.. тей, состоящйХ из 15 экоиндустриальных парков(EIР) и четыIрех ин­тегрированныхбиосистем (IВS) (Биdjюгические данныIе взяты изF.'Briand, ana ЛЕ. Cbhen, Environmental Corelates of food chain length, Science, 238;,,956-960, 1987; прьмышленныIе данные взятыI изС. Hardy

and 'Р.Е. @raede1c, Industrialecosystems and food web theory, yoиrпal о/ Iпdustrial Ecology,6, in press, 20021)'.

4. ПОТОК PEСУРСОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Поток питательных веществ и энергии в отдельных организмах, как биологических, так и промышленных, был описан в гл. 4. Во многом подобным образом можно изучить потоки для целых экосистем. Версия БЭ показана на рис. 22.7,а. Здесь в системе 11 типа питательные вещества в значительной степени рециклируются, но поток энергии строго линеен. Система стабильна во времени, поскольку на временных шкалах сотен миллионов лет источник энергии - Солнце - неисчерпаем.

Диаграмма потока ресурсов для современной промышленной экосистемы II типа показана на рис. 22.7,Ь. Два различия между этой системой и системой на рис. 22.7 ,а очевидны: система ПЭ одновременно линейна как по энергии, так и по питательным веществам, и энергия поступает на уровень как экстрактотрофа, так и трансформотрофа. Система неустойчива во времени по двум причинам: (1) у нее в конечном итоге закончатся ресурсы первичных материалов и (2) в ней в конечном итоге закончится энергия, поскольку ее источники энергии в основном невосстановимые. Чтобы достичь полной устойчивости, промышленные экосистемы должны решить первую проблему путем полного рециклирования питательных веществ, а вторую – используя только возобновимую энергию; результатом была бы диаграмма на рис. 22.7,с. Роберт Фрош (Robert Frosch) предполагает, что наиболее важные компоненты реализуемости этого рециклирования - технология демонтажа (возможность разбирать продукты на части разными способами) и «неэнтропийная» технология; оба эти компонента серьезно не доработаны. В результате полностью реализуемая промышленная система ПI типа нереальна в настоящий момент, но это привлекательная цель, к которой следует стремиться.

Исследования потоков ресурсов сложно проводить в промышленных экосистемах, и это подтверждается примерами. Один, который помогает понять типичное поведение потоков, был разработан Полем Бруннером (Раи1 Brиnner) и его коллегами для региона Сант-Галлена в северной Швейцарии. Общие потоки в системе показаны на рис. 22.8. Самый крупный входящий поток - вода, за ней следуют воздух и строительные материалы. Вода и воздух также преобладают над исходящими потоками, Очевидно, что это система 1 типа, в которой не происходит рециклирования в такой степени достаточного, чтобы его можно было показать. Особый интерес представляет то, что исходящие потоки меньше входящих; так, запас промышленных питательных веществ Сант-Галлена растет. Этот феномен был замечен, в других исследованиях ПЭ потоков ресурсов и объяснен в основном как рост запаса строительных материалов в зданиях, aвтострадах и других cтpyктypaх. В краткосрочном периоде этот рост запасов может не представлять проблемы. Однако это, очевидно, неустойчивая тенденция, и в некоторый момент отток запаса начнет уравновешивать его рост.

5. 3АКОНОМЕРНОСТИ И МАСШТАБ

В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Сразу же становится очевидным, что природный мир пространственно неоднороден. Различные места обитания - берега рек, леса, поля поддерживают экосистемы различного богатства, связаннocти и функциональности, даже при похожих климатических условиях. Такая реализация формирует основу для экологии ландшафтов, развивающейся области в рамках БЭ. Ясно, что экология ландшафтов также должна сыграть свою роль и в ПЭ.

Как и живой природе, технология, население и воздействия на окружающую среду неоднородны. Один очевидный пример: - существование городов и связь городских территорий с ПЭ все еще плохо изучена. Ее важность также растет с ростом урбанизации (рис. 22.9).

В плотно населенный регион ресурсы текут высокими темпами. В развитых странах поток ресурсов на душу населения достигает 50 кг в день. Большие города, включая пригороды с населением 10 млн. человек, таким образом, имеют дело с входящим потоком около 500000 т «всякой epyнды» в день, исключая воду и воздух. Входящие потоки крайне разнообразны, так же как и их источники: яблоки из Новой Зеландии, одежда из Центральной Америки, автомобили из Германии, сталь, из Китая. От 50 до 60% этого потока, в основном пища и ископаемое топливо, проходит сквозь систему как продукт относительно легко. Продукт не возвращается в свои источники, но имеет тенденцию захораниваться на свалках или спускаться в резервуары пресной воды рядом с городом-гигантом. Крупные урбанизированные территории сильные аттрактанты, но слабые диспергенты.

Каковы воздействия городских потоков ресурсов? Исторически их пространственная концентрация была в основном нежелательной; что можно видеть, например, из образования фотохимического смога в Лос-Анджелесе, хотя одинаковое распределение плотности населения во всем штате, возможно, в итоге и не было бы лyчше для окружающей среды, оно только было бы другим. Тем не менее, можно представить, что повторное использование ресурсов было бы обеспечено, или усилено в городах, так что, словами Джейн Джейкобс (Jahe Jacobs), «самые крупные, наиболее процветающие города будут богатейшими, наиболее легко разрабатываемыми и наименее истощимыми рудниками».

В качестве примера рассмотрим современное использование серебра. Около половины его используется в фотографии, и 40% этого объема - в производстве рентгеновских снимков. Исследования показали, что рентгеновская пленка сохраняет большую долю этого серебра и после проявления. Другими словами, арxивы рентгеновских снимков в офисе дантиста или рентгенолога – это серебряные копи! Более того, современная компьютерная технология позволяет сканировать и сохранять в электронном виде информацию, хранящуюся на пленке. Таким образом, если у поставщиков по какой-либо причине закончится серебро, урбанистические районы могут служить альтернативными источниками.

Eстественно, офисы рентгенологов и дантистов распределены в пространстве неравномерно; они имеют тенденцию концентрироваться вокруг крупных медицинских комплексов. Рис. 22.10 показывает часть г. Бостона, на территории которой показаны три таких комплекса. Becьмa вероятно, что для «городского горняка» в Бостоне эти комплексы - богатейшие артерии серебра.

Рис 22.9

Динамика урбанизации в 1800-2000 гг. (В. J,jL. Вепу, Urbanization, в

The .Earth as Transforтeq Ьу lluтan A€tion, B.L. Turner, et. аl. eds., Саmbridge, U.K:"ICambridge University Press, 103-119, 1990.)

6. ПОЛЕЗНОСТЬ СМЕШАННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ

Рассуждения этой главы и гл. 4, по-видимому, оставляют мало сомнений в том; что в БЭ и ПЭ можно использовать общие инструменты и концепции. По крайней мере ПЭ может извлечь пользу .из следующего.

• Подходы БЭ к пищевым сетям помогают понять структуру и функционирование промышленных экосистем.

• Анализ пищевых сетей помогает в идентификации отсутствующих видов или трофических уровней в промышленной экосистеме.

• Экосистемные инструменты помогают в концептуализации и понимании использования ресурсов, задержек времени, потенциала использования ресурсов и пространственных закономерностей ПЭ.

Промышленнaя экология может также быть полезной биологически, в особенности в обеспечении информацией по воздействиям на экосистемы. По мере поступления информации пространственно определенных потоках отходов ПЭ, об их химической природе и количестве реакцию биологических систем на технологические воздействия можно будет определять более точно и перспективно.