Biološka produktivnost ekosistema

Vsako leto človek vedno bolj izčrpa vire planeta. Ni presenetljivo, da je v zadnjih letih zelo pomembna ocena količine virov, ki jih lahko daje določena biocenoza. Danes je produktivnost ekosistema odločilnega pomena pri izbiri načina upravljanja, saj je ekonomska veljavnost dela neposredno odvisna od količine izdelkov, ki jih je mogoče pridobiti.

Tukaj so glavna vprašanja, s katerimi se srečujejo znanstveniki danes:

• Koliko sončne energije je na voljo in kolikšna je rast rastlin, kako se meri?
• Katere vrste ekosistemov imajo najvišjo produktivnost in proizvajajo najbolj primarne izdelke?
• Kaj? dejavniki omejijo število primarnih proizvodov na lokalni ravni in po svetu?
• Kakšna je učinkovitost, s katero energijo preoblikujejo rastline?
• Kakšne so razlike med učinkovitostjo asimilacije, čiste proizvodnje in okoljske učinkovitosti?
• Kako se ekosistemi razlikujejo glede količine biomase ali volumna avtotrofni organizmi?
• Koliko energije je na voljo ljudem in koliko uporabljamo?

V okviru tega članka bomo poskušali vsaj delno odgovoriti nanje. Najprej bomo obravnavali osnovne pojme. Torej, produktivnost ekosistema je proces kopičenja organskih snovi v določeni količini. Kateri organizmi so odgovorni za to delo?

Avtotrofi in heterotrofi

Vemo, da so nekateri organizmi sposobni sintetizirati organske molekule iz anorganskih predhodnikov. Imenujejo se avtotrofi, kar pomeni "samopomoč". Dejansko je produktivnost ekosistemov odvisna od njihovih dejavnosti. Avtotrofi imenujemo tudi primarni proizvajalci. Organizmi, ki so sposobni proizvajati zapletene organske molekule iz preprostih anorganskih snovi (voda, CO2), najpogosteje spadajo v razred rastlin, vendar imajo nekatere bakterije enake sposobnosti. Postopek, s katerim se sintetizirajo organske snovi, se imenuje fotokemična sinteza. Ker iz naslova ni težko razumeti, je fotosinteza potrebna prisotnost sončne svetlobe.

Omeniti moramo tudi pot, znano kot kemosinteza. Nekateri avtotrofi, predvsem specializirane bakterije, lahko spremenijo anorgansko hranila v organske spojine brez dostopa do sončne svetlobe. Obstaja več skupin kemosintetične bakterije v morju in sladki vodi, in jih pogosto najdemo v okoljih z večjo vsebnostjo vodikovega sulfida ali žvepla. Tako kot klorofilske rastline in drugi organizmi, sposobni fotokemijske sinteze, so kemosintetični organizmi avtotrofi. Vendar pa je produktivnost ekosistema bolj verjetno dejavnost vegetacije, saj je odgovorna za kopičenje več kot 90% organske snovi. Hemosinteza v tem igra nesamerno manjšo vlogo.

Medtem lahko veliko organizmov prejme potrebno energijo le z jedjo drugih organizmov. Imenujejo se heterotrofi. Načeloma so vse iste rastline (tudi "jesti" dokončane organske snovi), živali, mikrobe, glive in mikroorganizme. Heterotrofe imenujemo tudi "potrošniki".

Vloga rastlin

V besedilu "produktivnost" praviloma pomeni sposobnost rastlin za shranjevanje določene količine organskih snovi. In to ni presenetljivo, saj lahko samo rastlinski organizmi pretvorijo anorganske snovi v organske snovi. Brez njih bi bilo nemogoče življenje na našem planetu, zato se s tega položaja vidi produktivnost ekosistema. Na splošno je vprašanje zelo preprosto: koliko mase organskih snovi lahko shranjujejo rastline?

Katere biocenoze so najbolj produktivne?

Čudno, kot se zdi, biokenoze, ki jih povzroči človek, še zdaleč niso najbolj produktivne. Džungla, bregovi in ​​selva velikih tropskih rek so v tem pogledu daleč pred njimi. Poleg tega so te biocenoze, ki nevtralizirajo ogromno količino strupenih snovi, ki spet spadajo v naravo kot posledica človeške dejavnosti in prav tako proizvedejo več kot 70% kisika v ozračju našega planeta. Mimogrede, mnogi učbeniki še vedno trdijo, da so najbolj produktivna "krušna košara" oceani Zemlje. Čudno je, da je ta izjava zelo daleč od resnice.

"Oceanski paradoks"

Ali veste, kaj primerjamo z biološko produktivnostjo ekosistemov morij in oceanov? S polpunami! Velike količine biomase se razlaga z dejstvom, da so vodni prostori, ki zasedajo večino površine planeta. Torej je večkrat predvidena uporaba morja kot glavnega vira hranil za celotno človeštvo v prihodnjih letih težko, saj je ekonomska utemeljitev za to izredno nizka. Vendar pa nizka produktivnost takšnih ekosistemov nikakor ne zmanjšuje pomena oceanov za življenje vseh živih bitij, zato jih je treba čim bolj paziti.

Sodobni ekologi pravijo, da so možnosti kmetijskih zemljišč daleč od izčrpanih, v prihodnosti pa bomo lahko od njih pridobili tudi obilnejše pridelke. Posebni upi so dani riževa polja, ki lahko zaradi svojih edinstvenih značilnosti dajo veliko količino dragocene organske snovi.

Osnovne informacije o produktivnosti bioloških sistemov

Na splošno je produktivnost ekosistema odvisna od hitrosti fotosinteze in kopičenja organskih snovi v določeni biocenozi. Ta masa organske snovi, ki se ustvari na enoto časa, se imenuje primarna proizvodnja. Lahko se izrazi na dva načina: bodisi v Joulesu ali v suhi masi rastlin. Bruto proizvodnja je njen volumen, ki ga določajo rastlinski organizmi za določeno časovno enoto s konstantno stopnjo fotosinteze. Ne smemo pozabiti, da bo del te snovi potekal v življenjski aktivnosti rastlin. Preostale organske snovi so neto primarna produktivnost ekosistema. Ona je tista, ki gre v dieto heterotrofov, vključno z nami.

Ali obstaja "zgornja meja" primarne proizvodnje?

Na kratko, ja. Na kratko preučimo, kako učinkovito je načeloma proces fotosinteze. Spomnimo se, da je intenzivnost sončnega sevanja, ki doseže površje zemlje, močno odvisna od lokacije: največja energetska učinkovitost je značilna za ekvatorialne cone. Se eksponentno zmanjša, ko se približamo polovici. Približno polovico sončne energije odraža led, sneg, oceani ali puščave, absorbira pa se plini v ozračju. Ozonska plast atmosfere na primer absorbira skoraj vse ultravijolično sevanje! V fotosintetični reakciji se uporablja le polovica svetlobe, ki pade na listje rastlin. Zato je biološka produktivnost ekosistemov posledica preoblikovanja nepomembnega dela sončne energije!

Kaj je sekundarna proizvodnja?

V skladu s tem se sekundarna proizvodnja imenuje povečanje potrošnikov (tj. Potrošnikov) za določeno časovno obdobje. Seveda je produktivnost ekosistema v manjši meri odvisna od njih, vendar je ta biomasa, ki igra najpomembnejšo vlogo v človeškem življenju. Treba je upoštevati, da se sekundarne organske snovi ločeno štejejo za vsako trofično raven. Tako so produktivnost ekosistemov razdeljena na dve vrsti: primarno in sekundarno.

Razmerje med primarnimi in sekundarnimi izdelki

Kot lahko uganite, je razmerje biomase in celotne mase rastlin relativno majhno. Tudi v džungli in močvirju ta indikator le redko presega raven 6,5%. Več zelnatih rastlin v skupnosti, večja je stopnja kopičenja organskih snovi in ​​večja neskladnost.

O hitrosti in prostornini nastajanja organskih snovi

Na splošno je mejna hitrost tvorbe organske snovi primarnega izvora popolnoma odvisna od stanja fotosintetskega aparata rastlin (FAP). Največja vrednost učinkovitosti fotosinteze, ki je bila dosežena v laboratoriju, je 12% vrednosti faga. V naravnih razmerah se vrednost 5% šteje za izredno visoko in se praktično ne pojavlja. Menijo, da absorpcija sončne svetlobe na Zemlji ne presega 0,1%.

Distribucija primarnih proizvodov

Treba je opozoriti, da produktivnost naravnega ekosistema - stvar, ki je izredno neenakomerna po vsem svetu. Skupna masa vseh organskih snovi, ki se vsako leto oblikuje na površini Zemlje, je približno 150-200 milijard ton. Se spomnite, da smo govorili o produktivnosti oceanov zgoraj? Torej, 2/3 te snovi nastane na kopnem! Zamislite si: ogromne, neverjetne količine hidrosfere tvorijo trikrat manj organske od skromnega dela zemlje, velik del tega pa so puščave!

Več kot 90% akumulirane organske snovi v eni ali drugi obliki gre v hrano za heterotrofne organizme. Samo nepomemben del sončne energije je shranjen v obliki humusnega tla (kot tudi nafte in premoga, katerega oblikovanje je še danes). Povečanje primarne biološke proizvodnje na območju naše države se giblje od 20 c / ha (v bližini Arktičnega oceana) do več kot 200 c / ha na Kavkazu. V puščavskih območjih ta vrednost ne presega 20 q / ha.

Na petih toplejših kontinentih našega sveta je intenzivnost proizvodnje praktično enaka, skoraj: v Južni Ameriki vegetacija nabira enkrat in pol krat več kot suha snov, kar je posledica odličnih podnebnih razmer. Produktivnost naravnih in umetnih ekosistemov je največja.

Kaj zagotavlja hrano za ljudi?

Približno 1,4 milijarde hektarov na površini našega planeta zasedajo nasade gojenih rastlin, ki nam dajejo hrano. To je približno 10% vseh planetnih ekosistemov. Ironično, samo polovica proizvodnje gre neposredno v hrano ljudi. Vse ostalo se uporablja kot hrana za hišne živali in ustreza potrebam industrijske proizvodnje (ki ni povezana s proizvodnjo hrane). Znanstveniki so že dolgo vznemirjeni: produktivnost in biomasa ekosistemov našega planeta ne omogočata več kot 50% potreb človeštva v proteinu. Preprosto rečeno, polovica svetovnega prebivalstva živi v pogojih kroničnega stradanja beljakovin.

Imetniki biocenoznih zapisov

Kot smo že povedali, so ekvatorialni gozdovi najbolj produktivni. Samo pomislite: na en hektar ekološke skupnosti lahko zajema več kot 500 ton suhe snovi! In to ni meja. V Braziliji, na primer, en hektar gozda proizvaja med 1200 in 1500 ton (!) Organske snovi za eno leto! Razmislite samo o tem: na kvadratni meter je največ dva centrata organske snovi! V tundri na istem območju, ki je nastala, ne več kot 12 m, in mediano trakovi gozdovi - v 400 m To aktivno uporabo živinorejskih kmetij v tistih delih :. Productivity umetnem ekosistemu na področju sladkornega trsa, ki se lahko nabirajo do 80 ton suhe snovi hektar, nikjer drugje takšnih pridelkov ni mogoče fizično dati. Vendar pa je nekoliko drugačen od svojih zalivih Orinoco, Mississippi, kot tudi nekatere območje Čada. Tukaj, za leto ekosistema "dal" do 300 ton materiala na hektar!

Rezultati

Tako je treba oceniti produktivnost na podlagi primarne snovi. Dejstvo je, da sekundarna proizvodnja ne presega 10% te vrednosti, njegova vrednost se zelo razlikuje in zato enostavno ni mogoče podrobno analizirati tega kazalca.