Βιολογική παραγωγικότητα του οικοσυστήματος

Κάθε χρόνο ένας άνθρωπος όλο και περισσότεροεξαντλεί τους πόρους του πλανήτη. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια μια τεράστια σημασία για την εκτίμηση πόσοι πόροι μπορούν να δώσουν μια ιδιαίτερη βιοκοινότητα. Σήμερα, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος έχει αποφασιστική σημασία κατά την επιλογή της μεθόδου διαχείρισης, δεδομένου ότι η οικονομική ισχύς του έργου εξαρτάται άμεσα από την ποσότητα των προϊόντων που μπορούν να ληφθούν.

Εδώ είναι τα βασικά ερωτήματα που αντιμετωπίζουν σήμερα οι επιστήμονες:

• Πόση ηλιακή ενέργεια είναι διαθέσιμη και πόσο εξομοιώνεται με φυτά, πώς μετράται;
• Ποιοι τύποι οικοσυστημάτων έχουν την υψηλότερη παραγωγικότητα και που παράγουν τα περισσότερα πρωτογενή προϊόντα;
• Ποιοι παράγοντες περιορίζουν τον αριθμό των πρωτογενών προϊόντων σε τοπικό και παγκόσμιο επίπεδο;
• Ποια είναι η αποτελεσματικότητα με την οποία μετατρέπεται η ενέργεια από τα φυτά;
• Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ της αποτελεσματικότητας της αφομοίωσης, της καθαρής παραγωγής και των περιβαλλοντικών επιδόσεων;
• Πώς διαφέρουν τα οικοσυστήματα όσον αφορά την ποσότητα της βιομάζας ή τον όγκο των αυτοτροφικών οργανισμών;
• Πόση ενέργεια διατίθεται στους ανθρώπους και πόση χρήση;

Θα προσπαθήσουμε να τους απαντήσουμε τουλάχιστον εν μέρειπλαίσιο αυτού του άρθρου. Πρώτον, θα ασχοληθούμε με τις βασικές έννοιες. Έτσι, η παραγωγικότητα ενός οικοσυστήματος είναι η διαδικασία συσσώρευσης οργανικής ύλης σε ένα συγκεκριμένο όγκο. Ποιοι οργανισμοί είναι υπεύθυνοι για αυτό το έργο;

Αυτοτροφοί και ετερότροφα

Γνωρίζουμε ότι κάποιοι οργανισμοί είναι ικανοίΣύνθεση οργανικών μορίων από ανόργανους προδρόμους. Ονομάζονται αυτοτροφοί, που σημαίνει "αυτοτροφοδοτούμενοι". Στην πραγματικότητα, η παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων εξαρτάται από τις δραστηριότητές τους. Τα Autotrophs αναφέρονται επίσης ως πρωτογενείς παραγωγοί. Οι οργανισμοί που είναι σε θέση να παράγουν πολύπλοκα οργανικά μόρια από απλές ανόργανες ουσίες (νερό, CO2), συνηθέστερα ανήκουν στην τάξη των φυτών, αλλά ορισμένα βακτήρια έχουν τις ίδιες δυνατότητες. Η διαδικασία με την οποία συνθέτουν οργανική ύλη ονομάζεται φωτοχημική σύνθεση. Καθώς δεν είναι δύσκολο να κατανοηθεί κανείς από τον τίτλο, η φωτοσύνθεση απαιτεί την παρουσία ηλιακού φωτός.

Θα πρέπει επίσης να αναφέρουμε τον τρόπο που είναι γνωστός ωςχημειοσύνθεση. Ορισμένα autotrophs, κυρίως εξειδικευμένα βακτήρια, μπορούν να μετατρέψουν τα ανόργανα θρεπτικά συστατικά σε οργανικές ενώσεις χωρίς πρόσβαση στο ηλιακό φως. Υπάρχουν πολλές ομάδες χημειοσυνθετικών βακτηριδίων στη θάλασσα και το γλυκό νερό και συχνά βρίσκονται σε περιβάλλοντα με υψηλή περιεκτικότητα σε υδρόθειο ή θείο. Όπως τα φυτά που φέρουν χλωροφύλλη και άλλοι οργανισμοί που είναι ικανοί για φωτοχημική σύνθεση, οι χημειοσυνθετικοί οργανισμοί είναι αυτοτροφικοί. Ωστόσο, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος είναι πιθανότερο να είναι η δραστηριότητα της βλάστησης, δεδομένου ότι είναι υπεύθυνη για τη συσσώρευση πάνω από το 90% της οργανικής ύλης. Η χημειοσύνθεση διαδραματίζει έναν ασύμμετρα μικρότερο ρόλο σε αυτό.

Εν τω μεταξύ, πολλοί οργανισμοί μπορούν να λάβουντην απαραίτητη ενέργεια, τη διατροφή μόνο σε άλλους οργανισμούς. Ονομάζονται ετερότροφα. Κατ 'αρχήν, είναι όλα τα ίδια φυτά (επίσης "τρώνε" τα τελικά οργανικά), τα ζώα, τα μικρόβια, τους μύκητες και τους μικροοργανισμούς. Οι ετερότροφοι ονομάζονται επίσης "καταναλωτές".

Ο ρόλος των φυτών

Κατά κανόνα, η λέξη "παραγωγικότητα" σε αυτόΗ περίπτωση εννοείται ως η ικανότητα των φυτών να αποθηκεύουν μια ορισμένη ποσότητα οργανικής ύλης. Και αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, δεδομένου ότι μόνο φυτικούς οργανισμούς μπορεί να μετατρέψει ανόργανες ουσίες σε οργανικά. Χωρίς αυτούς, η ίδια η ζωή στον πλανήτη μας θα ήταν αδύνατη, και ως εκ τούτου η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος θεωρείται από την άποψη αυτή. Γενικά, το ερώτημα τίθεται πολύ απλά: πόση μάζα οργανικής ύλης μπορούν να αποθηκεύσουν τα φυτά;

Ποια βιοκενικά είναι τα πιο παραγωγικά;

Αρκετά περίεργα, αλλά ανθρωπογενή βιοκενικάαπέχουν πολύ από το να είναι το πιο παραγωγικό. Η ζούγκλα, οι χερσαίες εκτάσεις και τα βουνά των μεγάλων τροπικών ποταμών βρίσκονται πολύ μπροστά από αυτά από αυτή την άποψη. Επιπλέον, αυτά τα βιοκενικά εξουδετερώνουν μια τεράστια ποσότητα τοξικών ουσιών που, πάλι, πέφτουν στη φύση ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας και επίσης παράγουν περισσότερο από το 70% του οξυγόνου που περιέχεται στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Παρεμπιπτόντως, πολλά εγχειρίδια εξακολουθούν να δηλώνουν ότι το πιο παραγωγικό "ψωμί" είναι οι ωκεανοί της Γης. Παραδόξως, αυτή η δήλωση είναι πολύ μακριά από την αλήθεια.

"Ωκεανικό παράδοξο"

Ξέρεις, με το βιολογικόπαραγωγικότητα των οικοσυστημάτων των θαλασσών και των ωκεανών; Με ημι-ερήμους! Οι μεγάλοι όγκοι βιομάζας εξηγούνται από το γεγονός ότι οι υδάτινοι χώροι καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας του πλανήτη. Έτσι, η επανειλημμένα προβλεπόμενη χρήση των θαλασσών ως κύρια πηγή θρεπτικών συστατικών για ολόκληρη την ανθρωπότητα τα επόμενα χρόνια είναι σχεδόν αδύνατη, αφού η οικονομική δικαιολογία για αυτό είναι εξαιρετικά χαμηλή. Ωστόσο, η χαμηλή παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων αυτού του τύπου δεν επηρεάζει καθόλου τη σημασία των ωκεανών για τη ζωή όλων των ζωντανών πραγμάτων, γι 'αυτό πρέπει να φυλάσσονται όσο το δυνατόν προσεκτικά.

Οι σύγχρονοι οικολόγοι λένε ότι οι ευκαιρίεςοι γεωργικές εκτάσεις απέχουν πολύ από την εξάντληση και στο μέλλον θα μπορέσουμε να αντλήσουμε περισσότερες άφθονες συγκομιδές από αυτές. Ειδικές ελπίδες τοποθετούνται σε ορυζώνες, που μπορούν να δώσουν μια τεράστια ποσότητα πολύτιμης οργανικής ύλης λόγω των μοναδικών χαρακτηριστικών τους.

Βασικές πληροφορίες για την παραγωγικότητα των βιολογικών συστημάτων

Γενικά, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματοςκαθορίζεται από το ρυθμό της φωτοσύνθεσης και τη συσσώρευση οργανικών ουσιών σε μια συγκεκριμένη βιογένεση. Αυτή η μάζα οργανικής ύλης, που δημιουργείται ανά μονάδα χρόνου, ονομάζεται πρωτογενής παραγωγή. Μπορεί να εκφραστεί με δύο τρόπους: είτε σε Joules, είτε σε ξηρή μάζα φυτών. Η ακαθάριστη παραγωγή είναι ο όγκος της, που δημιουργείται από φυτικούς οργανισμούς για μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου, με σταθερό ρυθμό φωτοσύνθεσης. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι ένα μέρος αυτής της ουσίας θα πάει στη ζωτική δραστηριότητα των ίδιων των φυτών. Τα υπόλοιπα οργανικά είναι η καθαρή πρωτογενής παραγωγικότητα του οικοσυστήματος. Είναι εκείνη που πηγαίνει στη διατροφή των ετερότροφων, συμπεριλαμβανομένου και εμού.

Υπάρχει "ανώτερο όριο" πρωτογενούς παραγωγής;

Εν συντομία, ναι. Ας εξετάσουμε σύντομα πώς, κατ 'αρχήν, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι αποτελεσματική. Θυμηθείτε ότι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια της γης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τοποθεσία: η μέγιστη ενεργειακή απόδοση είναι χαρακτηριστική για τις ισημερινές ζώνες. Μειώνεται εκθετικά καθώς πλησιάζουμε τους πόλους. Περίπου το ήμισυ της ηλιακής ενέργειας αντανακλάται από τον πάγο, το χιόνι, τους ωκεανούς ή τις ερήμους, απορροφάται από αέρια στην ατμόσφαιρα. Για παράδειγμα, η στιβάδα του όζοντος της ατμόσφαιρας απορροφά σχεδόν όλη την υπεριώδη ακτινοβολία! Μόνο το ήμισυ του φωτός που πέφτει στα φύλλα των φυτών χρησιμοποιείται στη φωτοσυνθετική αντίδραση. Έτσι, η βιολογική παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων είναι το αποτέλεσμα της μετατροπής ενός ασήμαντου μέρους της ενέργειας του ήλιου!

Τι είναι η δευτερογενής παραγωγή;

Κατά συνέπεια, καλούνται τα δευτερεύοντα προϊόντατην ανάπτυξη των καταναλωτών (δηλαδή των καταναλωτών) για ορισμένο χρονικό διάστημα. Φυσικά, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος εξαρτάται από αυτά σε πολύ μικρότερο βαθμό, αλλά αυτή η βιομάζα παίζει τον σημαντικότερο ρόλο στην ανθρώπινη ζωή. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα δευτερογενή οργανικά υπολογίζονται χωριστά σε κάθε τροφικό επίπεδο. Έτσι, οι τύποι παραγωγικότητας του οικοσυστήματος χωρίζονται σε δύο τύπους: πρωτογενές και δευτερογενές.

Αναλογία πρωτογενούς και δευτερογενούς προϊόντος

Όπως μπορεί κανείς να μαντέψει, η βιομάζα καιη συνολική μάζα φυτών είναι σχετικά μικρή. Ακόμη και στη ζούγκλα και σε έλη, ο δείκτης σπανίως υπερβαίνει το επίπεδο του 6,5%. Όσο περισσότερα ποώδη φυτά στην κοινότητα, τόσο υψηλότερο είναι το ποσοστό συσσώρευσης οργανικής ύλης και τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά.

Επί του ρυθμού και του όγκου του σχηματισμού οργανικών ουσιών

Σε γενικές γραμμές, η ταχύτητα της εκπαίδευσηςη οργανική ύλη πρωτογενούς προέλευσης εξαρτάται πλήρως από την κατάσταση της φωτοσυνθετικής συσκευής των φυτών (PHA). Η μέγιστη τιμή της αποτελεσματικότητας της φωτοσύνθεσης, που επιτεύχθηκε στο εργαστήριο, είναι 12% της αξίας του φάγου. Υπό φυσικές συνθήκες, μια τιμή 5% θεωρείται εξαιρετικά υψηλή και πρακτικά δεν συμβαίνει. Πιστεύεται ότι στη Γη η απορρόφηση του ηλιακού φωτός δεν υπερβαίνει το 0,1%.

Διανομή πρωτογενών προϊόντων

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παραγωγικότητα των φυσικώνοικοσυστήματα - κάτι εξαιρετικά ανώμαλο σε ολόκληρο τον πλανήτη. Η συνολική μάζα όλων των οργανικών ουσιών, που σχηματίζεται ετησίως στην επιφάνεια της Γης, είναι περίπου 150-200 δισεκατομμύρια τόνους. Να θυμάστε ότι μιλήσαμε για την παραγωγικότητα των ωκεανών παραπάνω; Έτσι, τα 2/3 αυτής της ουσίας σχηματίζονται στη γη! Απλά φανταστείτε: γίγαντα, τεράστια ποσά υδρόσφαιρα μορφής τρεις φορές λιγότερο οργανικά από το μικρό κομμάτι γης, μεγάλο μέρος της οποίας είναι έρημος!

Περισσότερο από το 90% της συσσωρευμένης οργανικής ύλης σε μία ή την άλλητο είδος πηγαίνει στα τρόφιμα για τους ετερότροπους οργανισμούς. Μόνο ένα ασήμαντο μέρος της ηλιακής ενέργειας αποθηκεύεται με τη μορφή χούμου εδάφους (καθώς και πετρελαίου και άνθρακα, ο σχηματισμός των οποίων είναι και σήμερα). Στο έδαφος της χώρας μας, η αύξηση της πρωτογενούς βιολογικής παραγωγής κυμαίνεται από 20 c / ha (κοντά στον Αρκτικό Ωκεανό) σε περισσότερο από 200 c / ha στον Καύκασο. Στις ερημικές περιοχές, η τιμή αυτή δεν υπερβαίνει τα 20 q / ha.

Κατ 'αρχήν, στις πέντε θερμές ηπείρους μαςποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής είναι σχεδόν η ίδια, σχεδόν: στη Νότια Αμερική βλάστηση συσσωρεύεται και δυόμισι φορές μεγαλύτερη σε ξηρή ύλη, που οφείλεται στις εξαιρετικές κλιματολογικές συνθήκες. Η παραγωγικότητα των φυσικών και τεχνητών οικοσυστημάτων είναι μέγιστη.

Τι προσφέρει φαγητό στους ανθρώπους;

Περίπου 1,4 δισεκατομμύρια εκτάρια καταλαμβάνουντην επιφάνεια των πλανητικών μας φυτειών που καλλιεργούνται από ανθρώπους φυτά που μας παρέχουν τροφή. Πρόκειται για περίπου το 10% όλων των οικοσυστημάτων του πλανήτη. Κατά ειρωνικό τρόπο, μόνο το ήμισυ της παραγωγής πηγαίνει απευθείας στα τρόφιμα των ανθρώπων. Όλα τα υπόλοιπα χρησιμοποιούνται ως τροφή για ζώα συντροφιάς και πηγαίνουν στις ανάγκες της βιομηχανικής παραγωγής (που δεν σχετίζονται με την παραγωγή τροφίμων). Οι επιστήμονες έχουν από καιρό ανησυχεί: η παραγωγικότητα και η βιομάζα των οικοσυστημάτων του πλανήτη μας δεν μπορούν να παρέχουν περισσότερο από το 50% των αναγκών της ανθρωπότητας στην πρωτεΐνη. Με απλά λόγια, το ήμισυ του παγκόσμιου πληθυσμού ζει σε συνθήκες χρόνιας πείνας σε πρωτεΐνες.

Βιοχημεία-κάτοχοι ρεκόρ

Όπως έχουμε ήδη πει, η μεγαλύτερη παραγωγικότηταπου χαρακτηρίζεται από ισημερινά δάση. Απλά σκεφτείτε: για ένα εκτάριο οικολογικής κοινότητας μπορεί να καλύψει πάνω από 500 τόνους ξηράς ουσίας! Και αυτό δεν είναι το όριο. Στη Βραζιλία, για παράδειγμα, ένα εκτάριο δάσους παράγει μεταξύ 1.200 και 1.500 τόνοι (!) Της οργανικής ύλης για ένα χρόνο! Σκεφτείτε μόνο: υπάρχουν μέχρι δύο centners οργανικής ύλης ανά τετραγωνικό μέτρο! Στην τούνδρα στην ίδια περιοχή σχηματίζεται δεν υπερβαίνει τα 12 m, και ένα μεσαίο δάση ταινία - σε απόσταση 400 μ Αυτή χρησιμοποιούν ενεργά κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων σε εκείνα τα μέρη :. παραγωγικότητα τεχνητό οικοσύστημα σε έναν τομέα της ζάχαρης από ζαχαροκάλαμο, η οποία μπορεί να συσσωρεύονται μέχρι 80 τόνους ξηράς ουσίας εκτάριο, πουθενά αλλού οι συγκομιδές αυτές δεν μπορούν να δοθούν φυσικά. Ωστόσο, λίγο διαφορετική από κόλπους τους Orinoco, Μισισιπή, καθώς και κάποια περιοχή του Τσαντ. Εδώ, για το έτος του οικοσυστήματος «δώσει» έως και 300 τόνους υλικού ανά εκτάριο!

Αποτελέσματα

Έτσι, η αξιολόγηση της παραγωγικότητας πρέπεισυμπεριφορά στην κύρια ουσία. Το γεγονός ότι τα δευτερεύοντα προϊόντα που δεν υπερβαίνει το 10% της τιμής αυτής, η τιμή του κυμαίνεται σε μεγάλο βαθμό, και το ίδιο κάνουν μια λεπτομερή ανάλυση αυτού του δείκτη είναι απλά αδύνατο.