Биологична производителност на екосистемата

Всяка година човек изчерпва ресурсите на планетата все повече и повече. Не е изненадващо, че през последните години оценката за това колко ресурси може да даде дадена биоценоза е от голямо значение. Днес производителността на екосистемата е от решаващо значение при избора на метода на управление, тъй като икономическата валидност на работата зависи пряко от количеството продукти, които могат да бъдат получени.

Ето основните въпроси, пред които са изправени учените днес:

• Колко слънчева енергия се предлага и колко се асимилира от растенията, как се измерва?
• Кои видове екосистеми имат най-висока производителност и произвеждат най-основните продукти?
• какво фактори ограничават броя на първичните продукти на местно и световно ниво?
• Каква е ефективността, с която енергията се трансформира от растенията?
• Какви са разликите между ефективността на асимилацията, чистата продукция и екологичните показатели?
• Как се различават екосистемите по отношение на количеството биомаса или обема автотрофни организми?
• Колко енергия има на разположение на хората и колко ги използваме?

Ще се опитаме поне частично да отговорим на тях в рамките на тази статия. Първо, ще разгледаме основните понятия. Така че, производителността на една екосистема е процес на натрупване на органично вещество в определен обем. Кои организми са отговорни за тази работа?

Автотрофни и хетеротрофни

Знаем, че някои организми са способни да синтезират органични молекули от неорганични прекурсори. Те се наричат ​​автотрофни, което означава "самохранене". Всъщност производителността на екосистемите зависи от тяхната дейност. Автоотроците се наричат ​​също първични производители. Организмите, които могат да произвеждат сложни органични молекули от прости неорганични вещества (вода, CO2), най-често принадлежат към класа на растенията, но някои бактерии притежават едни и същи способности. Процесът, по който синтезират органичната материя, се нарича фотохимичен синтез. Тъй като не е трудно да се разбере от заглавието, фотосинтезата изисква наличието на слънчева светлина.

Трябва да споменем и пътя, известен като хемосинтеза. Някои автотрофни, главно специализирани бактерии, могат да трансформират неорганичните хранителни вещества в органични съединения без достъп до слънчева светлина. Има няколко групи хемосинтетични бактерии в море и сладка вода и те са особено често срещани в среди с повишено съдържание на сероводород или сяра. Подобно на хлорофил-носещи растения и други организми, способни на фотохимичен синтез, химиосинтетичните организми са автотрофи. Въпреки това, производителността на екосистемата е по-скоро активност на растителността, тъй като тя е отговорна за натрупването на над 90% органично вещество. Химосинтезата играе несъизмеримо по-малка роля в това.

Междувременно, много организми могат да получат необходимата енергия, само като ядат други организми. Те се наричат ​​хетеротрофи. По принцип те са едни и същи растения (те също "ядат" готовите органични вещества), животни, микроби, гъбички и микроорганизми. Хетеротрофите също се наричат ​​"потребители".

Ролята на растенията

По правило думата "производителност" в този случай означава способността на растенията да съхраняват определено количество органична материя. И това не е изненадващо, тъй като само растителните организми могат да превърнат неорганичните вещества в органични вещества. Без тях животът на нашата планета би бил невъзможен и затова производителността на екосистемата се разглежда от тази позиция. Като цяло, въпросът е поставен много просто: колко маса органична материя могат да съхраняват растенията?

Кои биоценози са най-продуктивни?

Колкото и странно да изглежда, създадените от човека биоценози далеч не са най-продуктивните. Джунглите, блатата и селяните от големи тропически реки са далеч по-напред от тях в това отношение. В допълнение, тези биоценози неутрализират огромно количество токсични вещества, които за пореден път попадат в характера на човешката дейност, както и да генерират повече от 70% от кислорода, съдържащ се в атмосферата на нашата планета. Между другото, много учебници все още твърдят, че най-продуктивната "хлебарка" са океаните на Земята. Странно, това твърдение е много далеч от истината.

"Океански парадокс"

Знаете ли с какво се сравнява биологичната производителност на екосистемите на моретата и океаните? С полу-пустини! Големите обеми от биомаса се обясняват с факта, че водните пространства заемат по-голямата част от повърхността на планетата. Така че многократно предвиденото използване на моретата като основен източник на хранителни вещества за цялото човечество през следващите години е трудно, тъй като икономическата обосновка за това е изключително ниска. Въпреки това, ниската производителност на екосистемите от този тип по никакъв начин не отклонява значението на океаните за живота на всички живи същества, така че те трябва да се пазят колкото е възможно по-внимателно.

Съвременните еколози казват, че възможностите за земеделска земя далеч не са изчерпани и в бъдеще ще можем да получим по-богати реколти от тях. Наблягат се специални надежди оризови полета, които могат да дадат огромно количество ценна органична материя поради уникалните си характеристики.

Основна информация за производителността на биологичните системи

Като цяло производителността на екосистемата се определя от скоростта на фотосинтезата и натрупването на органични вещества в конкретна биоценоза. Тази маса органична материя, която се създава за единица време, се нарича първично производство. Тя може да бъде изразена по два начина: в джаули или в суха маса растения. Брутната продукция е неговият обем, създаден от растителни организми за определена единица време, при постоянна скорост на фотосинтеза. Трябва да се помни, че част от това вещество ще стигне до жизненоважната дейност на самите растения. Останалите органични вещества са нетната първична продуктивност на екосистемата. Тя е, която отива на храненето на хетеротрофи, включително и нас.

Има ли "горна граница" на първичното производство?

Накратко, да. Нека разгледаме накратко колко е ефективно по принцип процес на фотосинтеза. Спомнете си, че интензивността на слънчевата радиация, достигаща до повърхността на Земята, е силно зависима от местоположението: максималната енергийна ефективност е характерна за екваториалните зони. Тя намалява експоненциално, когато се приближаваме към полюсите. Приблизително половината от слънчевата енергия се отразява от лед, сняг, океани или пустини, се абсорбира от газовете в атмосферата. Например озоновия слой на атмосферата абсорбира почти цялото ултравиолетово лъчение! Само половината от светлината, която пада върху листата на растенията, се използва при фотосинтетичната реакция. Така че биологичната производителност на екосистемите е резултат от преобразуването на незначителна част от енергията на слънцето!

Какво е вторично производство?

Съответно, вторичното производство се нарича увеличаване на потребителите (т.е. потребителите) за определен период от време. Разбира се, производителността на екосистемата зависи от тях в много по-малка степен, но тази биомаса играе най-важната роля в човешкия живот. Трябва да се има предвид, че вторичните органични вещества се броят отделно на всяко трофично ниво. По този начин видовете производителност на екосистемите се разделят на два вида: първични и вторични.

Съотношение на първичните и вторичните продукти

Както можете да предположите, съотношението на биомасата и общата растителна маса е относително малко. Дори в джунглата и блатата този показател рядко надхвърля нивото от 6,5%. Колкото повече тревни растения в общността, толкова по-висока е скоростта на натрупване на органична материя и толкова по-голямо е несъответствието.

Относно скоростта и обема на образуване на органични вещества

Обикновено граничната скорост на образуване на органични вещества от първичен произход е напълно зависима от състоянието на фотосинтетичния апарат на растенията (FAP). Максималната стойност на ефективността на фотосинтезата, постигната в лабораторията, е 12% от стойността на фага. При природни условия стойността от 5% се счита за изключително висока и практически не се случва. Смята се, че на Земята абсорбцията на слънчевата светлина не надвишава 0,1%.

Разпределение на първичните продукти

Трябва да се отбележи, че производителността на естествената екосистема - нещо изключително неравномерно в цялата планета. Общата маса на цялото органично вещество, което се формира ежегодно на повърхността на Земята, е около 150-200 милиарда тона. Не забравяйте, че говорихме за производителността на океаните по-горе? Така че 2/3 от това вещество се образува на сушата! Само си представете: огромните, невероятни обеми на хидросферата са три пъти по-малко органични от слабата част от земята, голяма част от които са пустини!

Повече от 90% от натрупаното органично вещество в една или друга форма отива в храната за хетеротрофични организми. Само незначителна част от слънчевата енергия се съхранява под формата на почвен хумус (както и на нефт и въглища, чието образуване е и днес). На територията на страната увеличението на първичното биологично производство варира от 20 c / ha (близо до Арктическия океан) до повече от 200 c / ha в Кавказ. В пустинните области тази стойност не надвишава 20 q / ha.

По принцип, почти идентичен с петте континента на нашия свят топло интензивност на производството, почти: в Южна Америка растителност се натрупва и пъти и половина по-големи сухо вещество, което се дължи на отличните климатични условия. Производителността на естествените и изкуствените екосистеми е максимална.

Какво предлага храна за хората?

Приблизително 1,4 милиарда хектара заемат на повърхността на нашите плантации плантации от култивирани растения, които ни дават храна. Това е около 10% от всички екосистеми на планетата. По ирония на съдбата, само половината от продукцията е пряко свързана с храната на хората. Всички останали се използват като храна за домашни любимци и задоволяват нуждите на промишленото производство (не са свързани с производството на храна). Учените отдавна са разтревожени: продуктивността и биомасата на екосистемите на нашата планета не могат да осигурят повече от 50% от нуждите на човечеството в протеина. Просто казано, половината от населението на света живее в условия на хронично гладуване на протеини.

Биоценози - притежатели на рекорди

Както вече казахме, екваториалните гори са най-продуктивни. Просто мисля, че един хектар от такава биоценоза може да представлява повече от 500 тона сухо вещество! И това не е границата. В Бразилия, например, един хектар гора произвежда от 1200 до 1500 тона (!) От органична материя на година! Помислете само: има до два центъра на органичната материя на квадратен метър! В тундра на една и съща зона се формира не повече от 12 m, и с медиана на стриптийз гори - в рамките на 400 m Това активно използват животновъдни ферми в тези части :. Производителност изкуствена екосистема в поле от захарна тръстика, които могат да се натрупват до 80 тона сухо вещество хектар, никъде другаде такива реколти не могат да бъдат дадени физически. Ориноко, Мисисипи, а също и някои части на Чад са малко по-различни от тях. Тук за една година екосистемите "дават" до 300 тона вещество на хектар!

резултати

Следователно оценката на производителността следва да се извършва въз основа на основното вещество. Фактът, че вторичните продукти е не повече от 10% от тази стойност, стойността му варира в широки граници, и така направи подробен анализ на този показател е просто невъзможно.