Biologische productiviteit van het ecosysteem

Elk jaar een man meer en meerput de hulpbronnen van de planeet uit. Het is niet verrassend dat de schatting van hoeveel middelen een bepaalde biocenose de laatste jaren kan opleveren, van groot belang is. Tegenwoordig is de productiviteit van het ecosysteem van doorslaggevend belang bij het kiezen van de wijze van beheer, aangezien de economische waarde van het werk rechtstreeks afhangt van de hoeveelheid producten die kan worden verkregen.

Dit zijn de belangrijkste vragen waar wetenschappers vandaag voor staan:

• Hoeveel zonne-energie is er beschikbaar en hoeveel wordt geassimileerd door planten, hoe wordt het gemeten?
• Welke soorten ecosystemen hebben de hoogste productiviteit en produceren de meeste primaire producten?
• Welke factoren beperken het aantal primaire producten lokaal en wereldwijd?
• Wat is de efficiëntie waarmee de energie wordt getransformeerd door planten?
• Wat zijn de verschillen tussen de effectiviteit van assimilatie, schone productie en milieuprestaties?
• Hoe verschillen ecosystemen in de hoeveelheid biomassa of in het volume van autotrofe organismen?
• Hoeveel energie is beschikbaar voor mensen en hoeveel gebruiken we?

We zullen proberen om ze op zijn minst gedeeltelijk te beantwoordenkader van dit artikel. Eerst zullen we de basisbegrippen behandelen. Dus de productiviteit van een ecosysteem is het proces van accumulatie van organisch materiaal in een bepaald volume. Welke organismen zijn verantwoordelijk voor dit werk?

Autotrophs en heterotrophs

We weten dat sommige organismen in staat zijnSynthese van organische moleculen uit anorganische voorlopers. Ze worden autotrophs genoemd, wat 'zelfvoeding' betekent. Eigenlijk hangt de productiviteit van ecosystemen af ​​van hun activiteiten. Autotrophs worden ook primaire producenten genoemd. Organismen die in staat zijn complexe organische moleculen te produceren uit eenvoudige anorganische stoffen (water, CO2), behoren meestal tot de klasse van planten, maar sommige bacteriën bezitten dezelfde capaciteiten. Het proces waarmee ze organische materie synthetiseren, wordt fotochemische synthese genoemd. Omdat het niet moeilijk te begrijpen is uit de titel, vereist fotosynthese de aanwezigheid van zonlicht.

We moeten ook de manier noemen die bekend staat alschemosynthese. Sommige autotrofen, voornamelijk gespecialiseerde bacteriën, kunnen anorganische voedingsstoffen omzetten in organische verbindingen zonder toegang tot zonlicht. Er zijn verschillende groepen chemosynthetische bacteriën in zee- en zoet water en deze worden vooral vaak aangetroffen in omgevingen met een hoog gehalte aan waterstofsulfide of zwavel. Evenals chlorofylhoudende planten en andere organismen die in staat zijn tot fotochemische synthese, zijn chemosynthetische organismen autotrofen. De productiviteit van het ecosysteem is echter waarschijnlijker de activiteit van vegetatie, aangezien het verantwoordelijk is voor de accumulatie van meer dan 90% organisch materiaal. Chemosynthese speelt hierin een onvergelijkbaar kleinere rol.

Ondertussen kunnen veel organismen ontvangennoodzakelijke energie, alleen voeden met andere organismen. Ze worden heterotrofen genoemd. In principe zijn het allemaal dezelfde planten (ze "eten" ook de voltooide organische stoffen), dieren, microben, schimmels en micro-organismen. Heterotrofen worden ook "consumenten" genoemd.

De rol van planten

In de regel is het woord 'productiviteit' hierinHet geval wordt opgevat als het vermogen van planten om een ​​bepaalde hoeveelheid organisch materiaal op te slaan. En dat is niet verwonderlijk, omdat alleen plantenorganismen anorganische stoffen kunnen omzetten in organische stoffen. Zonder hen zou het leven op onze planeet onmogelijk zijn en daarom wordt de productiviteit van het ecosysteem vanuit deze positie bekeken. Over het algemeen wordt de vraag heel eenvoudig gesteld: hoeveel organisch materiaal kan de plant opslaan?

Welke biocenoses zijn het meest productief?

Vreemd genoeg, maar door de mens gemaakte biocenosesZe zijn niet de meest productieve. Jungles, moerassen, jungle grote tropische rivieren in dit opzicht zijn ze ver vooruit. Bovendien zijn deze levensgemeenschappen neutraliseren enorme hoeveelheid toxische stoffen die, wederom, vallen in de aard van de menselijke activiteiten, alsmede het genereren van meer dan 70% van de zuurstof in de atmosfeer van de aarde. By the way, in vele tekstboeken beweert nog steeds dat de meest productieve "graanschuur" van de aarde zijn de oceanen. Vreemd genoeg, maar deze verklaring is zeer ver van de waarheid.

"Oceanische paradox"

Je weet wel, met wat het biologischeproductiviteit van de ecosystemen van de zeeën en oceanen? Met semi-woestijnen! De grote hoeveelheden biomassa worden verklaard door het feit dat het de wateroppervlakken zijn die het grootste deel van het aardoppervlak bezetten. Het herhaaldelijk voorspelde gebruik van de zeeën als de belangrijkste bron van voedingsstoffen voor de hele mensheid in de komende jaren is dus nauwelijks mogelijk, omdat de economische rechtvaardiging hiervoor extreem laag is. De lage productiviteit van ecosystemen van dit type doet echter op geen enkele manier afbreuk aan het belang van de oceanen voor het leven van alle levende wezens, dus moeten ze zo zorgvuldig mogelijk worden bewaakt.

Moderne milieuactivisten zeggen dat kansenlandbouwgronden zijn nog lang niet uitgeput, en in de toekomst zullen we meer overvloedige oogsten van hen kunnen krijgen. Speciale hoop wordt gevestigd op rijstvelden, die een enorme hoeveelheid waardevol organisch materiaal kunnen geven vanwege hun unieke eigenschappen.

Basisinformatie over de productiviteit van biologische systemen

Over het algemeen de productiviteit van het ecosysteemwordt bepaald door de snelheid van fotosynthese en de accumulatie van organische stoffen in een bepaalde biocenose. Die massa organische stof, die per tijdseenheid wordt gecreëerd, wordt primaire productie genoemd. Het kan op twee manieren worden uitgedrukt: hetzij in Joules, hetzij in een droge massa van planten. Bruto output is het volume, gecreëerd door plantenorganismen gedurende een bepaalde tijdseenheid, met een constante snelheid van fotosynthese. Men moet niet vergeten dat een deel van deze stof zal gaan naar de vitale activiteit van de planten zelf. De resterende organische stoffen zijn de netto primaire productiviteit van het ecosysteem. Zij is het die op dieet gaat naar heterotrofen, inclusief ons.

Bestaat er een "bovengrens" van de primaire productie?

In het kort, ja. Laten we kort bekijken hoe, in principe, het proces van fotosynthese effectief is. Bedenk dat de intensiteit van de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt sterk afhankelijk is van de locatie: de maximale energie-efficiëntie is kenmerkend voor equatoriale zones. Het neemt exponentieel af als we de polen naderen. Ongeveer de helft van de zonne-energie wordt gereflecteerd door ijs, sneeuw, oceanen of woestijnen en wordt geabsorbeerd door gassen in de atmosfeer. De ozonlaag van de atmosfeer absorbeert bijvoorbeeld bijna alle ultraviolette straling! Slechts de helft van het licht dat op de bladeren van planten valt, wordt gebruikt in de fotosynthetische reactie. Dus de biologische productiviteit van ecosystemen is het resultaat van het transformeren van een onbelangrijk deel van de energie van de zon!

Wat is secundaire productie?

Dienovereenkomstig worden de secundaire producten genoemdde groei van consumenten (dwz consumenten) voor een bepaalde periode. Natuurlijk hangt de productiviteit van het ecosysteem hier in veel mindere mate van af, maar het is deze biomassa die de belangrijkste rol speelt in het menselijk leven. Men moet niet vergeten dat de secundaire organische stoffen afzonderlijk worden geteld op elk trofisch niveau. De soorten productiviteit van ecosystemen zijn dus verdeeld in twee typen: primair en secundair.

Verhouding tussen primaire en secundaire producten

Zoals je zou kunnen raden, de biomassa ende totale plantmassa is relatief klein. Zelfs in de jungle en de moerassen overschrijdt deze indicator zelden het niveau van 6,5%. Hoe meer kruidachtige planten in de gemeenschap, hoe hoger de snelheid van ophoping van organisch materiaal en hoe groter de discrepantie.

Over de snelheid en het volume van de vorming van organische stoffen

Over het algemeen de snelheid van het onderwijsorganisch materiaal van primaire oorsprong is volledig afhankelijk van de staat van het fotosynthetische apparaat van planten (PHA). De maximale waarde van de efficiëntie van fotosynthese, die werd bereikt in het laboratorium, is 12% van de waarde van faag. Onder natuurlijke omstandigheden wordt een waarde van 5% als extreem hoog beschouwd en komt praktisch niet voor. Er wordt aangenomen dat op aarde de absorptie van zonlicht niet groter is dan 0,1%.

Distributie van primaire producten

Opgemerkt moet worden dat de productiviteit van natuurlijkeecosystemen - een ding extreem ongelijk over de planeet. De totale massa van alle organische materie, die jaarlijks wordt gevormd op het aardoppervlak, is ongeveer 150-200 miljard ton. Weet je nog dat we het hadden over de productiviteit van de oceanen hierboven? Dus 2/3 van deze stof wordt gevormd op het land! Stel je eens voor: de gigantische, ongelooflijke volumes van de hydrosfeer vormen drie keer minder organisch dan het schamele deel van het land, waarvan een groot deel woestijnen zijn!

Meer dan 90% van de geaccumuleerde organische stof in een of anderde soort gaat naar voedsel voor heterotrofe organismen. Slechts een onbetekenend deel van de zonne-energie wordt opgeslagen in de vorm van bodemhumus (evenals olie en steenkool, waarvan de vorming zelfs vandaag de dag is). Op het grondgebied van ons land varieert de toename van de primaire biologische productie van 20 c / ha (in de buurt van de Noordelijke IJszee) tot meer dan 200 c / ha in de Kaukasus. In de woestijngebieden is deze waarde niet hoger dan 20 q / ha.

In principe op de vijf warme continenten van onzede intensiteit van de productie is vrijwel niet anders, bijna: in Zuid-Amerika accumuleert de vegetatie keer een en een half keer meer dan de droge stof, wat te wijten is aan uitstekende klimatologische omstandigheden. Hun productiviteit van natuurlijke en kunstmatige ecosystemen is maximaal.

Wat levert voedsel voor mensen?

Ongeveer 1,4 miljard hectare wordt ingenomen doorhet oppervlak van onze planeet plantages gecultiveerd door de mens planten die ons te voorzien van uw voedsel. Het is - ongeveer 10% van de ecosystemen van de planeet. Vreemd genoeg, maar slechts de helft kregen de productie gaat rechtstreeks voor menselijke consumptie. Al de rest wordt gebruikt als voer voor vee en de behoeften van de sector (een non-food produceren). Wetenschappers zijn al lange tijd aan de alarmbel: de productiviteit en biomassa van de ecosystemen van onze planeet kan niet meer dan 50% van de behoeften van de mensheid in het eiwit. Simpel gezegd, de helft van de wereldbevolking woont in omstandigheden van chronische eiwittekort.

Biocenoses-recordhouders

Zoals we al zeiden, de grootste productiviteitgekenmerkt door equatoriale bossen. Denk maar aan: op een hectare van de ecologische gemeenschap kan beslaan meer dan 500 ton droge stof! En dit is niet de limiet. In Brazilië bijvoorbeeld, één hectare bos produceert tussen de 1.200 en 1.500 ton (!) Van organisch materiaal voor een jaar! Denk er maar eens over na: er zijn maximaal twee centers organische stof per vierkante meter! In toendra op hetzelfde gebied niet gevormd meer dan 12 m en een middenberm bossen - binnen 400 m Dit actief gebruik veehouderijen in de delen :. productiviteit kunstmatige ecosysteem een ​​gebied van suikerriet, die kan accumuleren tot 80 ton droge stof hectare, nergens kunnen dergelijke oogsten fysiek niet worden gegeven. Echter, iets af van die baaien Orinoco, Mississippi, evenals een aantal gebied van Tsjaad. Hier, voor het jaar van het ecosysteem "geven" tot 300 ton materiaal per hectare!

uitslagen

Dus de evaluatie van de productiviteit zou dat moeten zijngedrag op de primaire substantie. Het feit is dat secundaire productie niet meer is dan 10% van deze waarde, de waarde ervan varieert sterk en daarom is het eenvoudigweg onmogelijk om een ​​gedetailleerde analyse van deze indicator te maken.