Productivitatea biologică a ecosistemului

În fiecare an un om epuizează resursele planetei tot mai mult. Nu este surprinzător faptul că, în ultimii ani, estimarea cantității de resurse pe care o anumită biocenoză le poate oferi este de mare importanță. În prezent, productivitatea ecosistemului are o importanță decisivă în alegerea metodei de gestionare, deoarece valabilitatea economică a lucrării depinde direct de cantitatea de produse care poate fi obținută.

Iată principalele întrebări cu care se confruntă astăzi oamenii de știință:

• Cât de mult este disponibilă energia solară și cât de mult este asimilată de plante, cum este măsurată?
• Ce tipuri de ecosisteme au cea mai mare productivitate și care produc cele mai multe produse primare?
• ce factori limita numărul de produse primare la nivel local și global?
• Care este eficiența cu care energia este transformată de plante?
• Care sunt diferențele dintre eficacitatea asimilării, producția curată și performanța ecologică?
• Cum diferă ecosistemele în ceea ce privește cantitatea de biomasă sau volumul organisme autotrofice?
• Cât de multă energie este disponibilă pentru oameni și cât de mult folosim?

Vom încerca să le răspundem cel puțin parțial în cadrul acestui articol. În primul rând, vom aborda conceptele de bază. Deci, productivitatea unui ecosistem este procesul de acumulare a materiei organice într-un anumit volum. Ce organisme sunt responsabile pentru această lucrare?

Autotrofe și heterotrofe

Știm că unele organisme sunt capabile să sintetizeze molecule organice de la precursorii anorganici. Acestea se numesc autotrofe, ceea ce înseamnă "auto-hrănire". De fapt, productivitatea ecosistemelor depinde de activitățile lor. Autotrofii sunt, de asemenea, menționați drept producători primari. Organismele care sunt capabile să producă molecule organice complexe de substanțe anorganice simple, (apa, CO2), majoritatea aparțin clasei de plante, dar aceleași abilități posedat de unele bacterii. Procesul prin care acestea sintetizează materia organică se numește sinteză fotochimică. Deoarece nu este greu de înțeles din titlu, fotosinteza necesită prezența luminii solare.

Trebuie să menționăm și calea cunoscută sub numele de chemosinteză. Unele autotrofe, în special bacterii specializate, se pot transforma anorganic nutrienți în compuși organici fără acces la lumina soarelui. Există mai multe grupuri bacterii chemosintetice în apă și în apă dulce și se găsesc în special în medii cu un conținut crescut de hidrogen sulfurat sau sulf. Ca plante de clorofilă și alte organisme capabile de sinteza fotochimică, organisme chimiosintetice - autotrophs. Cu toate acestea, productivitatea ecosistemului numit cea mai intensă activitate de vegetație, deoarece este responsabil pentru acumularea materiei organice mai mult de 90%. Chemosinteza joacă un rol incomensurabil mai mic în acest sens.

Între timp, multe organisme pot primi energia necesară, numai dacă mănâncă alte organisme. Ele sunt numite heterotrofe. În principiu, ele sunt toate aceleași plante (de asemenea "mănâncă" organice finite), animale, microbi, fungi și microorganisme. Heterotrofurile sunt, de asemenea, numite "consumatori".

Rolul plantelor

Ca regulă, cuvântul "productivitate" în acest caz înseamnă capacitatea plantelor de a stoca o anumită cantitate de materie organică. Și acest lucru nu este surprinzător, deoarece numai organismele de plante pot transforma substanțele anorganice în substanțe organice. Fără ele, viața de pe planeta noastră ar fi imposibilă și, prin urmare, productivitatea ecosistemului este privită din această poziție. În general, întrebarea este pusă foarte simplu: câtă masă de materie organică poate stoca plantele?

Ce biocenoze sunt cele mai productive?

Ciudate cum se pare, biocenozele create de om sunt departe de a fi cele mai productive. Jungla, mlaștini și râuri mari ale râurilor tropicale sunt cu mult înaintea lor în această privință. In plus, aceste biocenoze neutralizeaza cantitate enormă de substanțe toxice care, încă o dată, se încadrează în natura activităților umane, precum și generează mai mult de 70% din oxigenul din atmosfera planetei noastre. Apropo, în multe manuale încă mai susține că cel mai productiv „grânarul“ a Pământului sunt oceanele. Destul de ciudat, această afirmație este foarte departe de adevăr.

"Paradoxul oceanic"

Știți cu ce se compară productivitatea biologică a ecosistemelor mărilor și oceanelor? Cu semi-deserturi! Volumele mari de biomasă se explică prin faptul că spațiile de apă ocupă cea mai mare parte a suprafeței planetei. Deci, utilizarea în mod repetat a mărilor ca principală sursă de nutrienți pentru întreaga omenire în următorii ani este cu greu posibilă, deoarece justificarea economică pentru aceasta este extrem de scăzută. Cu toate acestea, productivitatea scăzută a ecosistemelor de acest tip nu distruge în niciun fel importanța oceanelor pentru viața tuturor lucrurilor vii, deci trebuie să fie păzite cât mai atent posibil.

Moderatorii ecologiști spun că posibilitățile terenurilor agricole sunt departe de a fi epuizate, iar în viitor vom putea obține recolte mai abundente de la ele. Speranțe speciale sunt plasate pe câmpurile de orez, care poate da o cantitate imensă de materii organice valoroase datorită caracteristicilor lor unice.

Informații de bază despre productivitatea sistemelor biologice

În general, productivitatea ecosistemului este determinată de viteza fotosintezei și de acumularea de substanțe organice într-o anumită biocenoză. Această masă de materie organică, care este creată pe unitate de timp, se numește producție primară. Acesta poate fi exprimat în două moduri: fie în jouli, fie într-o masă uscată de plante. Producția brută este volumul său, creat de organismele de plante pentru o anumită unitate de timp, la o rată constantă de fotosinteză. Trebuie amintit faptul că o parte din această substanță va merge la activitatea vitală a plantelor înseși. Produsele organice rămase reprezintă productivitatea primară netă a ecosistemului. Este ea care merge la dieta de heterotrofe, inclusiv noi.

Există o "limită superioară" a producției primare?

Pe scurt, da. Să analizăm pe scurt cât de eficient este în principiu procesul de fotosinteză. Amintiți-vă că intensitatea radiației solare care atinge suprafața pământului depinde în mare măsură de locație: eficiența energetică maximă este caracteristică zonelor ecuatoriale. Ea scade exponențial pe măsură ce ne apropiem de poli. Aproximativ jumătate din energia solară este reflectată de gheață, zăpadă, oceane sau deșerturi, fiind absorbită de gazele din atmosferă. De exemplu, stratul de ozon al atmosferei absoarbe aproape toată radiația ultravioletă! Numai jumătate din lumina care cade pe frunzele plantelor este utilizată în reacția fotosintetică. Deci, productivitatea biologică a ecosistemelor este rezultatul transformării unei părți nesemnificative din energia soarelui!

Ce este producția secundară?

În consecință, producția secundară se numește creșterea consumatorilor (adică a consumatorilor) pentru o anumită perioadă de timp. Desigur, productivitatea ecosistemului depinde de ele într-o măsură mult mai mică, dar este tocmai această biomasă joacă un rol important în viața umană. Trebuie avut în vedere faptul că organicele secundare sunt contorizate separat la fiecare nivel trofic. Astfel, tipurile de productivitate a ecosistemului sunt împărțite în două tipuri: primar și secundar.

Raportul dintre produsele primare și secundare

După cum puteți ghici, raportul dintre biomasă și masa totală a plantelor este relativ mic. Chiar și în junglă și mlaștini, acest indicator rar depășește nivelul de 6,5%. Cele mai multe plante erbacee din comunitate, cu atât mai mare este rata de acumulare a materiei organice și cu atât mai mare este discrepanța.

Cu privire la rata și volumul formării substanțelor organice

În general, viteza limită de formare a materiei organice de origine primară este complet dependentă de starea aparatului fotosintetic de plante (FAP). Valoarea maximă a eficienței fotosintezei, obținută în laborator, este de 12% din valoarea fagului. În condiții naturale, o valoare de 5% este considerată extrem de ridicată și practic nu se produce. Se crede că pe Pământ absorbția soarelui nu depășește 0,1%.

Distribuția produselor primare

Trebuie remarcat faptul că productivitatea ecosistemului natural - lucru extrem de neuniform pe planetă. Masa totală a întregii materii organice, care se formează anual pe suprafața Pământului, este de aproximativ 150-200 de miliarde de tone. Amintiți-vă că am vorbit despre productivitatea oceanelor de mai sus? Deci, 2/3 din această substanță se formează pe uscat! Imaginați-vă: volumele uriașe, incredibile ale hidrosferei formează de trei ori mai puțin organice decât partea slabă a pământului, o mare parte din care sunt deșerturi!

Mai mult de 90% din materia organică acumulată într-o formă sau alta se alimentează pentru organisme heterotrofice. Numai o parte nesemnificativă a energiei solare este stocată sub formă de humus de sol (precum și petrol și cărbune, formarea cărora este și astăzi). Pe teritoriul țării noastre, creșterea producției biologice primare variază de la 20 c / ha (în apropierea Oceanului Arctic) la peste 200 c / ha în Caucaz. În zonele deșertului, această valoare nu depășește 20 q / ha.

În principiu, practic identice cu cele cinci continente ale lumii noastre intensitate caldă de producție, aproape: în America de Sud se acumulează vegetație ori și jumătate mai mare de substanță uscată, din cauza condițiilor climatice excelente. Productivitatea ecosistemelor naturale și artificiale este maximă.

Ce oferă alimente oamenilor?

Aproximativ 1,4 miliarde de hectare ocupă suprafața plantațiilor planetei noastre de plante cultivate, care ne oferă hrană. Aceasta reprezintă aproximativ 10% din toate ecosistemele planetei. În mod ironic, doar jumătate din producție se duce direct la alimentele oamenilor. Toate restul sunt folosite ca hrană pentru animale de companie și merg la nevoile producției industriale (nu sunt legate de producția de alimente). Oamenii de știință s-au alarmat de mult timp: productivitatea și biomasa ecosistemelor planetei noastre nu pot furniza mai mult de 50% din necesitățile omenirii în proteine. Pur și simplu, jumătate din populația lumii trăiește în condiții de foamete cu proteine ​​cronice.

Biocenoză-titularii de înregistrare

După cum am mai spus, pădurile ecuatoriale sunt cele mai productive. Gândește-te: pe un hectar comunității ecologice poate acoperi mai mult de 500 de tone de substanță uscată! Și aceasta nu este limita. În Brazilia, de exemplu, un hectar de pădure produce între 1.200 și 1.500 de tone (!) De materie organică pentru un an! Gândește-te: pe metru pătrat de până la două chintale de organice! În tundra pe aceeași suprafață se formează nu mai mult de 12 m, și o pădure de bandă mediană - în termen de 400 m Aceasta utilizează în mod activ fermele de animale în ecosistemul artificial Productivity acele părți :. într-un câmp de trestie de zahăr, care se pot acumula până la 80 de tone de materie uscată hectar, nicăieri altfel aceste recolte nu pot fi date fizic. Cu toate acestea, ușor diferite de golfuri lor Orinoco, Mississippi, precum și unele zone din Ciad. Aici, pentru anul ecosistemului „da“ de până la 300 de tone de material pe hectar!

rezultate

Astfel, evaluarea productivității trebuie efectuată pe baza substanței principale. Faptul este că producția secundară nu depășește 10% din această valoare, valoarea acesteia variază foarte mult și, prin urmare, este pur și simplu imposibil să se facă o analiză detaliată a acestui indicator.