Biološka produktivnost ekosustava

Svake godine čovjek iscrpljuje resurse planeta sve više i više. Nije iznenađujuće da je posljednjih godina velika važnost procjena koliko resursa dani biocenoza može dati. Danas je produktivnost ekosustava od presudne važnosti prilikom odabira načina upravljanja, budući da ekonomska valjanost rada izravno ovisi o količini proizvoda koji se može dobiti.

Evo glavnih pitanja s kojima se danas suočavaju znanstvenici:

• Koliko je dostupna solarnu energiju i koliko se asimiliraju biljke, kako se mjeri?
• Koje vrste ekosustava imaju najveću produktivnost i proizvode najviše primarnih proizvoda?
• što ograničenja faktora broj primarnih proizvoda na lokalnoj i svjetskoj razini?
• Kakva je učinkovitost kojom energijom transformiraju biljke?
• Koje su razlike između učinkovitosti asimilacije, čiste proizvodnje i ekološkog učinka?
• Kako se ekosustavi razlikuju u količini biomase ili volumena autotrofičnih organizama?
• Kolika je količina energije dostupna ljudima i koliko koristimo?

Pokušat ćemo ih barem djelomično odgovoriti u okviru ovog članka. Prvo ćemo se baviti osnovnim pojmovima. Dakle, produktivnost ekosustava je proces akumulacije organske tvari u određenom volumenu. Koji su organizmi odgovorni za ovaj posao?

Autotrofi i heterotrofi

Znamo da su neki organizmi sposobni sintetizirati organske molekule iz anorganskih prekursora. Oni se nazivaju autotrofi, što znači "samozadovoljavanje". Zapravo, produktivnost ekosustava ovisi o njihovim aktivnostima. Autotrofi se također nazivaju i primarni proizvođači. Organizmi koji su sposobni proizvesti složene organske molekule iz jednostavnih anorganskih tvari (voda, CO2) najčešće pripadaju klasi biljaka, ali neke bakterije posjeduju iste sposobnosti. Proces kojim oni sintetiziraju organsku tvar nazivamo fotokemijsku sintezu. Budući da nije teško razumjeti iz naslova, fotosinteza zahtijeva prisutnost sunčeve svjetlosti.

Moramo također spomenuti put poznat kao kemosinteza. Neki autotrofi, uglavnom specijalizirani bakterije, mogu transformirati anorganske hranjive tvari u organske spojeve bez pristupa sunčevoj svjetlosti. Postoji nekoliko grupa kemosintetske bakterije u moru i slatkoj vodi, a osobito se često nalaze u sredinama s povećanim udjelom sumporovodika ili sumpora. Poput biljaka koje nose klorofil i druge organizme sposobne za fotokemijsku sintezu, kemosintetički organizmi su autotrofi. Međutim, produktivnost ekosustava je vjerojatnije aktivnost vegetacije, jer je ona odgovorna za akumulaciju više od 90% organske tvari. Chemosynthesis igra neizmjerno manju ulogu u tome.

U međuvremenu, mnogi organizmi mogu primiti potrebnu energiju, jedući samo druge organizme. Pozvani su heterotrofi. U načelu su sve iste biljke (oni također "jedu" gotove organike), životinje, mikrobe, gljive i mikroorganizme. Heterotrofi se također nazivaju "potrošači".

Uloga biljaka

U pravilu, riječ "produktivnost" u ovom slučaju znači sposobnost biljaka da pohranjuju određenu količinu organske tvari. I to ne čudi, budući da samo biljni organizmi mogu pretvoriti anorganske tvari u organske tvari. Bez njih bi život na našem planetu bio nemoguć, pa se produktivnost ekosustava promatra s tog položaja. Općenito, pitanje se postavlja vrlo jednostavno: koliko masa organske tvari mogu pohraniti biljke?

Koje su biocenoze najproduktivnije?

Čudno kako se čini, biocenoze stvorene od čovjeka su daleko od toga da budu najproduktivnije. Džungla, bogs i selva velikih tropskih rijeka daleko su pred njima u tom pogledu. Osim toga, ove biocenoze neutralizirati ogromne količine toksičnih tvari koje, opet, spadaju u prirodi ljudskih aktivnosti, kao i generirati više od 70% kisika sadržanog u atmosferi naše planete. Usput, mnogi udžbenici još uvijek tvrde da su najplodnija "kruška" oceani Zemlje. Čudno, ova izjava je daleko od istine.

"Paradoks oceana"

Znate li s kojim se ciljem uspoređuje biološka produktivnost ekosustava mora i oceana? S polu pustinjama! Velike količine biomase objašnjavaju se time da su to vodeni prostori koji zauzimaju većinu površine planeta. Dakle, opetovano predviđeno korištenje mora kao glavni izvor hranjivih tvari za cijelo čovječanstvo u nadolazećim godinama teško je moguće, budući da je ekonomska opravdanja za to vrlo niska. Međutim, niska produktivnost ekosustava ovog tipa ni na koji način ne utječe na važnost oceana za život svih živih bića pa ih treba pažljivo čuvati.

Suvremeni ekolozi kažu da su mogućnosti poljoprivrednog zemljišta daleko od iscrpljenosti, au budućnosti ćemo moći dobiti više obilnih žetva od njih. Posebne nade se postavljaju rižina polja, što može dati veliku količinu vrijedne organske tvari zbog svojih jedinstvenih svojstava.

Osnovne informacije o produktivnosti bioloških sustava

Općenito, produktivnost ekosustava određena je brzinom fotosinteze i nakupljanjem organskih tvari u određenoj biocenozi. Ta masa organske tvari koja se stvara po jedinici vremena naziva se primarnom proizvodnjom. Može se izraziti na dva načina: bilo u Joulovima, ili u suhoj masi biljaka. Bruto proizvodnja je njezin volumen, stvoreni od biljnih organizama za određenu jedinicu vremena, uz stalnu stopu fotosinteze. Treba imati na umu da će dio ove tvari otići do vitalne aktivnosti samih biljaka. Preostali organici su neto primarna produktivnost ekosustava. Ona ide u prehranu heterotrofova, uključujući i nas.

Postoji li "gornja granica" primarne proizvodnje?

Ukratko, da. Ukratko razmotrimo koliko je u principu djelotvorno proces fotosinteze. Podsjetimo da intenzitet sunčevog zračenja koji doseže površinu zemlje jako ovisi o lokaciji: maksimalna energetska učinkovitost karakteristična je za ekvatorske zone. To se smanjuje eksponencijalno dok se približavamo stubama. Otprilike polovica solarne energije ogleda se ledom, snijegom, oceanom ili pustinjama apsorbira plinovi u atmosferi. Na primjer, ozonski sloj atmosfere apsorbira gotovo sve ultraljubičasto zračenje! Samo polovica svjetlosti koja pada na lišće biljaka koristi se u fotosintetičkoj reakciji. Tako je biološka produktivnost ekosustava rezultat transformacije beznačajnog dijela energije sunca!

Što je sekundarna proizvodnja?

Sukladno tome, sekundarna proizvodnja zove se porast potrošača (tj. Potrošača) za određeno vremensko razdoblje. Naravno, produktivnost ekosustava ovisi o njima u mnogo manjem stupnju, ali ta biomasa igra najvažniju ulogu u ljudskom životu. Treba imati na umu da se sekundarna organska tvari posebno bilježe na svakoj trofičkoj razini. Dakle, vrste produktivnosti ekosustava podijeljene su u dvije vrste: primarni i sekundarni.

Omjer primarnih i sekundarnih proizvoda

Kao što možete pogoditi, omjer biomase i ukupne biljne mase relativno je mali. Čak iu džungli i močvarama, ovaj pokazatelj rijetko prelazi razinu od 6,5%. Što više zeljaste biljke u zajednici, to je veća stopa akumulacije organske tvari i veća je odstupanja.

Na brzinu i volumen stvaranja organskih tvari

Općenito, ograničavajuća stopa stvaranja organske tvari primarnog porijekla u potpunosti ovisi o stanju fotosintetskog aparata biljaka (FAP). Maksimalna vrijednost učinkovitosti fotosinteze, koja je postignuta u laboratoriju, iznosi 12% vrijednosti faga. Pod prirodnim uvjetima, vrijednost od 5% smatra se izuzetno visokom i praktično se ne događa. Vjeruje se da na Zemlji apsorpcija sunčeve svjetlosti ne prelazi 0,1%.

Distribucija primarnih proizvoda

Valja napomenuti da je produktivnost prirodnog ekosustava - stvar iznimno neujednačena po cijelom planetu. Ukupna masa svih organskih tvari, koja se godišnje formira na površini Zemlje, iznosi oko 150-200 milijardi tona. Sjećaš se da smo razgovarali o produktivnosti oceana iznad? Dakle, 2/3 ove tvari se formira na kopnu! Zamislite: ogromni, nevjerojatni volumeni hidrosfera čine tri puta manje organsko od slabijeg dijela zemlje, a velik dio su pustinja!

Više od 90% nakupljene organske tvari u jednom ili drugom obliku ide u hranu za heterotrofne organizme. Samo je neznatan dio sunčeve energije pohranjen u obliku humusa tla (kao i nafta i ugljena, čije je stvaranje čak i danas). Na području naše zemlje povećanje primarne biološke proizvodnje varira od 20 c / ha (blizu Arktičkog oceana) na više od 200 c / ha u Kavkazu. U pustinjskim područjima ova vrijednost ne prelazi 20 q / ha.

U principu, gotovo identična pet kontinenata naše svjetske toplog intenzitetu proizvodnje, gotovo: u Južnoj Americi vegetacije akumulira i pol puta veća suhe tvari, zbog odličnih klimatskih uvjeta. Tu je produktivnost prirodnih i umjetnih ekosustava maksimalna.

Što pruža hranu za ljude?

Oko 1,4 milijarde hektara zauzimaju na površini naših plantažnih plantaža kultiviranih biljaka, koje nam daju hranu. To je oko 10% svih ekoloških sustava planeta. Ironično, samo polovica izlaza ide izravno u ljudsku hranu. Sve ostalo se koristi kao hrana za kućne ljubimce i odlazi u potrebe industrijske proizvodnje (ne odnosi se na proizvodnju hrane). Znanstvenici su odavno zabrinuti: produktivnost i biomasa ekosustava našeg planeta mogu pružiti više od 50% potreba čovječanstva u proteinu. Jednostavno rečeno, polovica svjetskog stanovništva živi u uvjetima kroničnog gladi bjelančevina.

Držači snimaka za biocenoze

Kao što smo već rekli, ekvatorske šume su najviše produktivne. Samo pomislite: jedan hektar takve biocenoze može dati više od 500 tona suhe tvari! A ovo nije granica. Na primjer, u Brazilu, jedan hektar šuma proizvodi od 1200 do 1500 tona (!) Organske tvari godišnje! Razmislite samo o tome: postoji do dva centnera organske tvari po kvadratnom metru! U tundri na istom području se formira ne više od 12 m, a medijan strip šume - u roku od 400 m Ova aktivno koristiti farme stoke u onim dijelovima :. Produktivnost umjetnom ekosustavu u polju šećerne trske, koja može akumulirati do 80 tona suhe tvari hektara, nigdje drugdje takve žetve ne mogu se fizički dati. Međutim, Orinoco, Mississippi i neki dijelovi Čada malo se razlikuju od njih. Evo, za godinu ekosustava „dati” i do 300 tona materijala po hektaru!

rezultati

Stoga bi procjena produktivnosti trebala biti provedena na temelju primarne supstance. Činjenica da su sekundarni proizvodi ne više od 10% te vrijednosti, njegova vrijednost uvelike varira, pa tako i detaljna analiza ovog pokazatelja je jednostavno nemoguće.