Økosystemets biologiske produktivitet

Hvert år en mand mere og mereudbryder jordens ressourcer. Det er ikke overraskende, at estimeringen af, hvor mange ressourcer en given biokenose kan give, i de seneste år er af stor betydning. I dag er økosystemets produktivitet afgørende, når man vælger forvaltningsmetoden, da arbejdets økonomiske gyldighed afhænger af mængden af ​​produkter, der kan opnås.

Her er de vigtigste spørgsmål, som forskere står over for i dag:

• Hvor meget solenergi er til rådighed, og hvor meget er assimileret af planter, hvordan måles det?
• Hvilke typer af økosystemer har den højeste produktivitet, og som producerer de mest primære produkter?
• Hvilke faktorer begrænser antallet af primærprodukter lokalt og globalt?
• Hvad er effektiviteten, hvormed energien transformeres af planter?
• Hvad er forskellene mellem effektiviteten af ​​assimilering, ren produktion og miljøpræstationer?
• Hvordan varierer økosystemerne i mængden af ​​biomasse eller i mængden af ​​autotrofe organismer?
• Hvor meget energi er tilgængelig for mennesker og hvor meget bruger vi?

Vi vil forsøge at i det mindste delvist besvare demramme for denne artikel. For det første vil vi beskæftige os med de grundlæggende begreber. Så produktiviteten i et økosystem er processen med ophobning af organisk materiale i en vis mængde. Hvilke organismer er ansvarlige for dette arbejde?

Autotrofer og heterotrofer

Vi ved, at nogle organismer er i stand tilSyntese af organiske molekyler fra uorganiske precursorer. De kaldes autotrofer, hvilket betyder "selvfodring". Faktisk afhænger økosystemernes produktivitet af deres aktiviteter. Autotrofer kaldes også primære producenter. Organer, der er i stand til at producere komplekse organiske molekyler fra simple uorganiske stoffer (vand, CO2), er oftest tilhørende klassen af ​​planter, men nogle bakterier har de samme evner. Processen, hvormed de syntetiserer organisk materiale, kaldes fotokemisk syntese. Da det ikke er svært at forstå fra titlen, kræver fotosyntese tilstedeværelsen af ​​sollys.

Vi bør også nævne den måde, der er kendt somkemosyntese. Nogle autotrofer primært specialiserede bakterier, der kan konvertere uorganiske næringsstoffer i den organiske forbindelse uden adgang sollys. Der er flere grupper af chemosynthetic bakterier i havvand og ferskvand, og oftest de findes i miljøer med et højt indhold af hydrogensulfid eller svovl. Som klorofyl planter og andre organismer i stand til fotokemisk syntese, chemosynthetic organismer - autotrofer. Men produktivitet økosystemet kaldt den mest aktivitet af vegetation, da den er ansvarlig for ophobning af mere end 90% organisk materiale. Kemosyntese spiller en uomgængeligt mindre rolle i dette.

I mellemtiden kan mange organismer modtagenødvendig energi, kun fodring med andre organismer. De hedder heterotrofer. I princippet er de alle de samme planter (de spiser også de færdige organiske stoffer), dyr, mikrober, svampe og mikroorganismer. Heterotrophs kaldes også "forbrugere".

Planternes rolle

Som regel er ordet "produktivitet" i detteSagen forstås som planternes evne til at opbevare en vis mængde organisk stof. Og det er ikke overraskende, da kun planteorganismer kan omdanne uorganiske stoffer til organiske stoffer. Uden dem ville livet på vores planet være umuligt, og derfor ses økosystemets produktivitet fra denne position. Generelt stilles spørgsmålet meget simpelt: Hvor meget masse organisk stof kan planterne opbevare?

Hvilke biocenoser er mest produktive?

Mærkeligt nok, men menneskeskabte biocenoserer langt fra at være den mest produktive. Jungle, moser og selva af store tropiske floder er langt foran dem i denne henseende. Derudover er det disse biocenoser, der neutraliserer en lang række giftige stoffer, som igen falder ind i naturen som følge af menneskelig aktivitet og producerer også mere end 70% af iltet i atmosfæren på vores planet. I øvrigt står det i mange lærebøger stadig, at den mest produktive "breadbasket" er havets hav. Mærkeligt nok er denne udsagn meget langt fra sandheden.

"Oceanisk paradoks"

Ved du med det biologiskeproduktiviteten af ​​havets og oceanernes økosystemer? Med semi-ørkener! De store mængder biomasse forklares ved, at det er de vandrum, der besætter det meste af planetens overflade. Så det er næppe muligt at forudsige brugen af ​​havet som den vigtigste næringsstofkilde for hele menneskeheden i de kommende år, da den økonomiske begrundelse herfor er ekstremt lav. Den lave produktivitet af økosystemer af denne type på ingen måde forringer havets betydning for livet for alle levende ting, så de skal bevogtes så omhyggeligt som muligt.

Moderne miljøforkæmpere siger, at mulighederneLandbrugsarealer er langt fra udmattede, og i fremtiden vil vi kunne få mere rigelige høstarter fra dem. Specielle håb er placeret på rismarker, som kan give en stor mængde værdifulde organiske stoffer på grund af deres unikke egenskaber.

Grundlæggende oplysninger om produktiviteten af ​​biologiske systemer

Generelt økosystemets produktivitetbestemmes af hastigheden af ​​fotosyntese og akkumuleringen af ​​organiske stoffer i en bestemt biocenose. Den masse organisk stof, der er oprettet pr. Tidsenhed, kaldes primærproduktion. Det kan udtrykkes på to måder: enten i Joules eller i en tør masse af planter. Bruttoproduktionen er dens volumen, der er skabt af planteorganismer for en bestemt tidsenhed, med en konstant hastighed af fotosyntese. Det skal huskes, at en del af dette stof vil gå til selve vitaliteten af ​​planterne selv. De resterende organiske stoffer er økosystemets primære produktivitet. Det er hun, der går til kost af heterotrofer, herunder os.

Er der en "øvre grænse" for primærproduktion?

Kort sagt, ja. Lad os kort overveje, hvordan processen med fotosyntese i princippet er effektiv. Husk at intensiteten af ​​solstråling, der når jordens overflade, er meget afhængig af placering: den maksimale energieffektivitet er karakteristisk for ækvatoriale zoner. Det falder eksponentielt, når vi nærmer polerne. Ca. halvdelen af ​​solenergi afspejles af is, sne, oceaner eller ørkener, absorberes af gasser i atmosfæren. Eksempelvis absorberer atmosfærens ozonlag næsten alle ultraviolette stråler! Kun halvdelen af ​​lyset, som falder på plantens blade, anvendes i den fotosyntiske reaktion. Så økosystemernes biologiske produktivitet er resultatet af at transformere en ubetydelig del af solens energi!

Hvad er sekundær produktion?

Følgelig kaldes sekundærprodukterneforbrugernes vækst (dvs. forbrugere) i en vis periode. Naturligvis afhænger økosystemets produktivitet i meget mindre grad, men det er denne biomasse, der spiller den vigtigste rolle i menneskelivet. Man bør huske på, at de sekundære organiske stoffer tælles separat på hvert trofisk niveau. Således er typerne af økosystemproduktivitet opdelt i to typer: primær og sekundær.

Forholdet mellem primære og sekundære produkter

Som man kan gætte, biomassen ogDen samlede plantemasse er forholdsvis lille. Selv i junglen og sumpene overstiger denne indikator sjældent niveauet på 6,5%. Jo flere herbaceous planter i samfundet, desto højere er akkumuleringsgraden af ​​organisk stof, og jo større er uoverensstemmelsen.

På omfanget og mængden af ​​dannelse af organiske stoffer

Generelt, uddannelsens hastighedOrganisk materiale af primær oprindelse afhænger helt af det fotosyntetiske apparat af planter (PHA). Den maksimale værdi af effektiviteten af ​​fotosyntese, som blev opnået i laboratoriet, er 12% af værdien af ​​fag. Under naturlige forhold anses en værdi på 5% for ekstremt høj og forekommer næsten ikke. Det antages, at absorptionen af ​​sollys på jorden ikke overstiger 0,1%.

Distribution af primære produkter

Det skal bemærkes, at produktiviteten af ​​naturligeøkosystemer - en ting, der er ekstremt ujævn over hele verden. Den samlede masse af alt organisk materiale, der dannes årligt på Jordens overflade, er omkring 150-200 milliarder tons. Husk at vi talte om havets produktivitet ovenfor? Så 2/3 af dette stof er dannet på land! Bare forestil dig: De store, utrolige mængder af hydrokfæren danner tre gange mindre organiske end den magre del af landet, hvoraf en stor del er ørkener!

Mere end 90% af akkumuleret organisk materiale i den ene eller den andenarten går til mad for heterotrofe organismer. Kun en ubetydelig del af solenergien opbevares i form af jord humus (såvel som olie og kul, hvis dannelse er endda i dag). På vores lands territorium varierer stigningen i primær biologisk produktion fra 20 c / ha (nær Arktis) til mere end 200 c / ha i Kaukasus. I ørkenområderne ligger denne værdi ikke over 20 q / ha.

I princippet på de fem varme kontinenter i voresProduktionens intensitet adskiller sig næsten ikke, næsten: i Sydamerika samler vegetationen gange en og en halv gange mere end tørstof, hvilket skyldes fremragende klimatiske forhold. Der er produktivitet af naturlige og kunstige økosystemer maksimalt.

Hvad giver mad til mennesker?

Omkring 1,4 mia hektar er besat afoverfladen af ​​vores planetplantager dyrket af mennesker planter, der giver os mad. Dette er omkring 10% af alle verdens økosystemer. Ironisk nok går kun halvdelen af ​​produktionen direkte til folks mad. Hele resten bruges som husdyrfoder og går til industriel produktion (ikke relateret til produktion af mad). Forskere har længe været foruroliget: produktiviteten og biomassen af ​​vores planets økosystemer kan ikke give mere end 50% af menneskets behov i proteinet. Simpelthen lever halvdelen af ​​verdens befolkning i forhold til kronisk protein sult.

Biocenoses-record holders

Som vi allerede har sagt, den største produktivitetkendetegnet ved ækvatoriale skove. Bare tænk: En hektar af en sådan biokenose kan tegne sig for mere end 500 tons tørstof! Og dette er ikke grænsen. For eksempel producerer en hektar skov i Brasilien fra 1200 til 1500 tons (!) Af organisk materiale om året! Tænk kun på det: der er op til to centnere organisk stof pr. Kvadratmeter! I tundraen på samme område dannes ikke mere end 12 m, og en median stribe skove - inden 400 m Dette bruger aktivt husdyrbrug i de dele :. Produktivitet kunstig økosystem i et felt af sukkerrør, som kan ophobes op til 80 tons tørstof hektar, ingen andre steder kan sådanne høstarter ikke gives fysisk. Men Orinoco, Mississippi, og også nogle områder i Tchad er lidt anderledes end dem. Her om et år økosystemerne "giver ud" op til 300 tons stof pr. Hektar!

resultater

Således bør evalueringen af ​​produktivitetenadfærd på det primære stof. Det faktum, at de sekundære produkter er ikke mere end 10% af denne værdi, dens værdi varierer meget, og det samme gør en detaljeret analyse af denne indikator er simpelthen umuligt.