Ekosystemets biologiska produktivitet

Varje år en man mer och merutarmar planetens resurser. Det är inte förvånande att de senaste åren har en stor uppskattning av hur mycket resurser en given biokenos kan ge. Idag är ekosystemets produktivitet avgörande för valet av förvaltningsmetod, eftersom arbetets ekonomiska validitet beror direkt på den mängd produkter som kan erhållas.

Här är de viktigaste frågorna som forskare står inför idag:

• Hur mycket solenergi är tillgänglig och hur mycket assimileras av växter, hur mäts det?
• Vilka typer av ekosystem har högsta produktivitet och vilka producerar de mest primära produkterna?
• Vilka faktorer begränsar antalet primära produkter lokalt och globalt?
• Vad är effektiviteten med vilken energin omvandlas av växter?
• Vilka är skillnaderna mellan effektiviteten av assimilering, ren produktion och miljöprestanda?
• Hur skiljer sig ekosystemen i mängden biomassa eller i volymen av autotrofa organismer?
• Hur mycket energi är tillgänglig för människor och hur mycket använder vi?

Vi kommer att försöka att åtminstone delvis svara på demramen för denna artikel. Först ska vi hantera de grundläggande begreppen. Så produktiviteten i ett ekosystem är processen för ackumulering av organiskt material i en viss volym. Vilka organismer är ansvariga för detta arbete?

Autotrofer och heterotrofer

Vi vet att vissa organismer kanSyntes av organiska molekyler från oorganiska prekursorer. De kallas autotrophs, vilket betyder "självmatning". Egentligen beror ekosystemets produktivitet på deras verksamhet. Autotrofer kallas också som primärproducenter. Organer som kan producera komplexa organiska molekyler från enkla oorganiska ämnen (vatten, CO2), hör oftast till växternas klass, men vissa bakterier har samma förmågor. Processen genom vilken de syntetiserar organiskt material kallas fotokemisk syntes. Eftersom det inte är svårt att förstå från titeln kräver fotosyntes förekomsten av solljus.

Vi bör också nämna det sätt som kallaschemosynthesis. Vissa autotrofer, främst specialiserade bakterier, kan omvandla oorganiska näringsämnen till organiska föreningar utan tillgång till solljus. Det finns flera grupper av kemosyntetiska bakterier i hav och färskvatten, och de finns speciellt ofta i miljöer med högt innehåll av vätesulfid eller svavel. Liksom klorofyllbärande växter och andra organismer med förmåga att fotokemisk syntes är kemosyntetiska organismer autotrofer. Men ekosystemets produktivitet är mer sannolikt vegetationens verksamhet, eftersom den är ansvarig för ackumuleringen av mer än 90% organiskt material. Kemosyntes spelar en oöverträffad mindre roll i detta.

Under tiden kan många organismer ta emotnödvändig energi, endast utfodring på andra organismer. De heter heterotrofer. I princip är de alla samma växter (de äter också de färdiga organiska ämnena), djur, mikrober, svampar och mikroorganismer. Heterotrofer kallas också "konsumenter".

Planternas roll

I regel är ordet "produktivitet" i dettaFallet är förstås som växternas förmåga att lagra en viss mängd organiskt material. Och det här är inte förvånande, eftersom bara växtorganismer kan omvandla oorganiska ämnen till organiska ämnen. Utan dem skulle livet på vår planet vara omöjligt, och därför ses ekosystemets produktivitet ur denna position. I allmänhet ställs frågan helt enkelt: Hur mycket massa organiskt material kan växterna lagra?

Vilka biocenoser är mest produktiva?

Konstigt nog, men konstgjorda biokenoserär långt ifrån mest produktiva. Djungeln, mosarna och selven i stora tropiska floder ligger långt före dem i detta avseende. Dessutom är det dessa biokenoser som neutraliserar en stor mängd giftiga ämnen, som igen faller till naturen som en följd av mänsklig aktivitet och producerar också mer än 70% av syret som finns i atmosfären på vår planet. Förresten säger många läroböcker fortfarande att den mest produktiva "breadbasket" är havets hav. Otroligt nog är detta uttalande väldigt långt ifrån sanningen.

"Oceanic paradox"

Du vet med vilken biologiskaproduktiviteten hos havets och oceanernas ekosystem? Med halvöken! De stora volymen biomassa förklaras av det faktum att det är de vattenutrymmen som upptar de flesta planetens yta. Så det är knappast möjligt att upprepade gånger förutse användningen av haven som den främsta källan till näringsämnen för hela mänskligheten under de närmaste åren, eftersom den ekonomiska motiveringen för detta är extremt låg. Den låga produktiviteten hos ekosystem av denna typ på något sätt förhindrar dock oceanens betydelse för livet för alla levande saker, så de måste bevakas så noggrant som möjligt.

Moderna miljöaktivister säger att möjligheterjordbruksmarker är långt ifrån utmattad, och i framtiden kommer vi att kunna få mer rikliga skördar från dem. Särskilda förhoppningar läggs på risfält, vilket kan ge en stor mängd värdefull organisk material på grund av deras unika egenskaper.

Grundläggande information om biologiska systemers produktivitet

I allmänhet är ekosystemets produktivitetbestäms av hastigheten av fotosyntes och ackumuleringen av organiska substanser i en viss biokenos. Den massa organiska materialet, som skapas per tidsenhet, kallas primärproduktion. Det kan uttryckas på två sätt: antingen i Joules eller i en torr massa av växter. Bruttoproduktionen är dess volym, skapad av växtorganismer för en viss tidsenhet, med en konstant hastighet av fotosyntes. Det bör komma ihåg att en del av detta ämne kommer att gå till själva växtens vitala aktivitet. De återstående organiska ämnena är ekosystemets primära produktivitet. Det är hon som går till diet av heterotrofer, inklusive oss.

Finns det en "övre gräns" för primärproduktion?

Kortfattat, ja. Låt oss kortfattat överväga hur principen om fotosyntes är effektiv. Minns att intensiteten av solstrålning som når jordens yta är mycket beroende av plats: den maximala energieffektiviteten är karakteristisk för ekvatoriella zoner. Det minskar exponentiellt när vi närmar oss polerna. Ungefär hälften av solenergin återspeglas av is, snö, oceaner eller öknar, absorberas av gaser i atmosfären. Exempelvis absorberar atmosfärens ozonskikt nästan all ultraviolett strålning! Endast hälften av ljuset som faller på plantens löv används i fotosyntetisk reaktion. Så den biologiska produktiviteten hos ekosystemen är resultatet av att omvandla en obetydlig del av solens energi!

Vad är sekundärproduktion?

Följaktligen kallas sekundärprodukternakonsumenternas tillväxt (dvs. konsumenter) under en viss tid. Naturligtvis beror ekosystemets produktivitet i en mycket mindre grad, men det är denna biomassa som spelar den viktigaste rollen i människoliv. Man bör komma ihåg att sekundärorganiken räknas separat på varje trofisk nivå. Sålunda är typerna av ekosystemproduktivitet indelade i två typer: primära och sekundära.

Förhållande mellan primära och sekundära produkter

Som man kan gissa, biomassan ochtotal växtmassa är relativt liten. Även i djungeln och träsken överstiger denna indikator sällan en nivå på 6,5%. Ju fler örtplantor i samhället, desto högre är ackumuleringsgraden för organiskt material och desto större är skillnaden.

På hastighet och volym bildande av organiska ämnen

I allmänhet, utbildningens hastighetorganisk substans av primärt ursprung beror helt på tillståndet för plantans fotosyntetiska apparat (PHA). Det maximala värdet av effektiviteten av fotosyntesen, som uppnåddes i laboratoriet, är 12% av fagets värde. Under naturliga förhållanden anses ett värde på 5% vara extremt högt och uppträder praktiskt taget inte. Man antar att absorptionen av solljus inte överstiger 0,1% på jorden.

Distribution av primära produkter

Det bör noteras att produktiviteten hos naturligaekosystem - en sak extremt ojämn över hela världen. Den totala massan av allt organiskt material, som bildas årligen på jordens yta, är cirka 150-200 miljarder ton. Kom ihåg att vi pratade om produktiviteten hos oceanerna ovan? Så bildas 2/3 av detta ämne på land! Tänk: jätte, enorma mängder hydro bildar tre gånger mindre organiskt än den lilla bit mark, en stor del av dessa är öken!

Mer än 90% av ackumulerade organiska ämnen i en eller annanarten går till mat för heterotrofa organismer. Endast en obetydlig del av solenergin lagras i form av jord humus (liksom olja och kol, vars bildning är till och med idag). På vårt lands territorium varierar ökningen av primär biologisk produktion från 20 c / ha (nära Arktis) till mer än 200 c / ha i Kaukasus. I ökenområdena överskrider detta värde inte 20 q / ha.

I princip på våra fem varma kontinenterProduktionens intensitet skiljer sig praktiskt taget inte, nästan: i Sydamerika samlas vegetationen tider en och en halv gånger mer än torrsubstansen, vilket beror på utmärkta klimatförhållanden. Där är produktiviteten hos naturliga och konstgjorda ekosystem maximalt.

Vad ger mat för människor?

Cirka 1,4 miljarder hektar är upptagna avytan på våra planetplantationer odlade av människor växter som ger oss mat. Detta är ungefär 10% av alla planetens ekosystem. Ironiskt nog går bara hälften av produktionen direkt till människors mat. Hela resten används som sällskapsdjur och går till industriproduktionens behov (inte relaterad till livsmedelsproduktionen). Forskare har länge varit oroade: produktiviteten och biomassan hos världens ekosystem kan ge inte mer än 50% av mänsklighetens behov i proteinet. Enkelt uttryckt lever hälften av världens befolkning i tillstånd av kronisk proteinhushållning.

Biocenoses-record hållare

Som vi redan har sagt, den största produktivitetenkännetecknas av ekvatorialskogar. Tänk bara: en hektar av en sådan biokenos kan stå för mer än 500 ton torrsubstans! Och det här är inte gränsen. I Brasilien producerar till exempel en hektar skog från 1200 till 1500 ton (!) Av organiskt material per år! Tänk bara på det: det finns upp till två centers organisk material per kvadratmeter! I tundran på samma område bildas högst 12 m, och en median strip skogar - inom 400 m Denna använder aktivt djurgårdar i de delar :. Produktivitet artificiell ekosystem i ett fält av sockerrör, som kan ackumuleras upp till 80 ton torrsubstans hektar, ingen annanstans kan sådana skördar inte ges fysiskt. Men Orinoco, Mississippi, och även vissa områden i Tchad är något annorlunda än dem. Här på ett år lämnar ekosystemen upp till 300 ton ämne per hektar!

resultat

Således bör utvärderingen av produktivitetenbeteende på den primära substansen. Faktum är att sekundärproduktion inte överstiger 10% av detta värde, dess värde varierar mycket, och det är därför helt enkelt omöjligt att göra en detaljerad analys av denna indikator.