Концептуализация

Задача этого этапа системного исследования состоит в том, чтобы в плане поставленной задачи суммировать известные сведения и представления об изучаемой экосистеме в виде достаточно полной и логически непротиворечи­вой концептуальной модели (см. выше, с. 67),

Из всего известного об изучаемой экосистеме модель концен­трирует данные, необходимые для решения рассматриваемой про­блемы, и в то же время она служит отправной точкой для разви­тия будущих исследований. Прежде всего в модели определяется место изучаемой экосистемы в ландшафте как системы более вы­сокого уровня иерархии, устанавливаются ее внешние «входы» и «выходы», т. е. связи с соседними экосистемами, с атмосферой, нижележащими геологическими слоями и водными массами, а также с деятельностью человека (рис. IV. 10). Далее в модели раскрывается состав, структура и некоторые черты функциониро­вания экосистемы. Как уже говорилось, состав системы представ­ляется множеством ее внутренних элементов и непосредственно взаимодействующих с ними элементов окружающей среды. Структурой называется совокупность всех связей (отношений, взаимо­действий) между этими элементами, а под функционированием (поведением, «работой») системы понимается процесс изменения свойств ее элементов во времени в результате реакции на дейст­вие внешних факторов и взаимодействий между внутренними эле­ментами.

Надводный слой воздуха

Рис. IV.11. Принципиальная схема состава и внутренней структуры ти­повой (полночленной) наземной эко­системы

Рис. IV. 12. Принципиальная схема состава и внутренней структуры ти­повой водной экосистемы

Какое же содержание приобретают понятия состава, структу­ры и функционирования в рамках концептуальной модели приме­нительно к уровню экосистемы. Обратимся к рис. IV. 11, на кото­ром приводится принципиальная схема типовой (полночленной) наземной экосистемы. Ее внутренний состав образуют следующие элементы: 1) приземный слой воздуха, 2) фитоценоз (раститель­ное сообщество), 3) животное население, 4) микробное населе­ние, 5) почва, 6) почвообразующая порода, 7) грунтовые воды. Структура экосистемы — это ее связи с внешними объектами и связи внутренних элементов экосистемы друг с другом, которые на рис. IV.11 изображаются линиями, обозначающими, что между связывающимися через них объектами осуществляется вещест­венно-энергетический поток и (или) информационная связь. На­пример, наличие связей приземного слоя воздуха с растительно­стью такого рода, как водный и газовый обмен между растениями и атмосферой (транспирация, фотосинтез, дыхание и пр.), влияние температуры и влажности воздуха на жизнь растений и т. д. выражается линией, соединяющей блоки «приземный слой воздуха» и «фитоценоз». Для характеристики функционирования экосистемы в рамках концептуальной модели обычно дается сло­весное описание временной динамики компонентов и их взаимо­действий, а также приводятся графики и таблицы, изображающие изменения количественных показателей наподобие того, как это будет показано ниже для экосистемы луговой степи Центрально-Черноземного заповедника (см. рис. XI.1).

Принципиальная схема водной экосистемы показана на рис. IV. 12, где мы видим следующие компоненты: 1) прилегающий слой воздуха; 2) водную массу; 3) фитоценоз; 4) животное насе­ление; 5) микробное население; 6) грунтовые воды; 7) донный грунт. Внешние связи экосистемы — это взаимодействия с внеш­ней атмосферой, соседними экосистемами, с геологическими отло­жениями, подстилающими дно водоема (в особенности с содержа­щимися в них водами и газами), и, наконец, с человеком, влияние которого на водные экосистемы стремительно возрастает. Струк­тура в данном случае изображается набором линий между компо­нентами, обозначающих вещественно-энергетические и (или) ин­формационные связи, а выражением функционирования служит серия динамических кривых, показывающих изменение свойств экосистемы с течением времени.

Отметим, что выделение компонентов экосистемы производится в соответствии с некоторым уровнем агрегирования, выбираемым в зависимости от задачи исследования и в соответствии с особенностями строения изучаемой экосистемы. В отличие от грубых, высоко агрегированных схем на рис. IV.11, IV.12 в качестве компо­нентов можно рассматривать более узкие группировки популяций, выделяемые по таксономическому, пространственному (например, с учетом ярусности), трофическому или другим признакам. Наря­ду с почвой в узком смысле в качестве самостоятельного компо­нента иногда рассматривается подстилка и т. д. Вместе с тем каждый компонент, рассматриваемый при грубом агрегировании как элементарный, на самом деле является подсистемой, т. е. си­стемой более низкого уровня иерархии со своими составом, струк­турой и функционированием. Таким образом, к примеру, наличие в экосистеме различных популяций растений, животных или мик­роорганизмов можно показать в модели путем выделения соответ­ствующих элементов в рамках подсистем «фитоценоз», «животное население» или «микробное население» соответственно.

Наиболее очевидной единицей агрегирования при изучении экосистем выступает популяция особей данного вида, участвую­щих в функционировании этой экосистемы, однако ввиду высокого видового обилия природных экосистем (особенно в отношении бес­позвоночных животных и микроорганизмов) и отсутствия необхо­димой информации для многих видов при описании экосистем чаще всего останавливаются на уровне групп популяций, которые называют функциональными или трофическими группами, а в последнее время все чаще — гильдиями, так как в этих группах агрегируются популяции нескольких сходных в том или ином от­ношении видов.