Biologická produktivita ekosystému

Každý rok člověk vyčerpává zdroje planety stále více a více. Není překvapením, že v posledních letech je velice důležitý odhad toho, kolik zdrojů daná biocenóza může dát. Produktivita ekosystému má dnes rozhodující význam při výběru způsobu řízení, neboť ekonomická platnost práce závisí přímo na množství produktů, které lze získat.

Zde jsou hlavní otázky, které vědci čelí dnes:

• Kolik sluneční energie je k dispozici a kolik je asimilováno rostlinami, jak se měří?
• Které typy ekosystémů mají nejvyšší produktivitu a které produkují nejvíce primární produkty?
• Co? omezení faktorů počet primárních produktů na celém světě?
• Jaká je účinnost, s níž je energie transformována rostlinami?
• Jaké jsou rozdíly mezi efektivitou asimilace, čistou výrobou a ekologickým výkonem?
• Jak se ekosystémy liší množstvím biomasy nebo objemem autotrofní organismy?
• Kolik energie je pro lidi k dispozici a kolik používáme?

Pokusíme se jim alespoň částečně odpovědět v rámci tohoto článku. Nejprve se budeme zabývat základními pojmy. Produktivita ekosystému je tedy proces akumulace organické hmoty v určitém objemu. Které organismy jsou za tuto práci zodpovědné?

Autotrofy a heterotrofy

Víme, že některé organismy jsou schopné syntetizovat organické molekuly z anorganických prekurzorů. Jsou nazývány autotrofy, což znamená "samo-krmení". Ve skutečnosti produktivita ekosystémů závisí na jejich činnostech. Autotrofy jsou také označovány jako primární výrobci. Organismy, které jsou schopny produkovat složitých organických molekul z jednoduchých anorganických látek (voda, CO2), většina patří do třídy rostlin, ale stejné schopnosti ovládaný některých bakterií. Proces, kterým syntetizují organickou látku, se nazývá fotochemická syntéza. Protože není z názvu snadné pochopit, fotosyntéza vyžaduje přítomnost slunečního světla.

Musíme také zmínit cestu známou jako chemosyntéza. Některé autotrofy, zejména specializované bakterie, mohou transformovat anorganické látky živin do organických sloučenin bez přístupu na sluneční světlo. Existuje několik skupin chemosyntetické bakterie v moři a ve sladké vodě, a jsou obzvláště často nalezeny v prostředích se zvýšeným obsahem sírovodíku nebo síry. Stejně jako rostliny nesoucí chlorofyly a další organismy schopné fotochemické syntézy jsou chemosyntetické organismy autotrofy. Produktivita ekosystému je však pravděpodobnější aktivitou vegetace, neboť je odpovědná za akumulaci více než 90% organické hmoty. Chemosyntéza hraje v této věci nesrovnatelně menší úlohu.

Mezitím mnoho organismů může získat potřebnou energii pouze jím jiným organismům. Jsou nazývány heterotrofy. V zásadě jsou to stejné rostliny (také "jí" dokončené organické látky), zvířata, mikroby, houby a mikroorganismy. Heterotrofy se také nazývají "spotřebitelé".

Role rostlin

Slovo "produktivita" v tomto případě znamená zpravidla schopnost rostlin skladovat určité množství organické hmoty. A to není překvapující, protože pouze rostlinné organismy mohou převést anorganické látky na organické látky. Bez nich by byl život na naší planetě nemožný, a proto je z této pozice vidět produktivitu ekosystému. Obecně je otázka velmi jednoduchá: kolik hmoty organické hmoty mohou rostliny ukládat?

Které biocenosy jsou nejproduktivnější?

Jakkoli se to může zdát divné, umělé biocenosy nejsou zdaleka nejproduktivnější. Džungle, bažiny a selva velkých tropických řek jsou v tomto ohledu daleko před nimi. Kromě toho, tyto biocenóz neutralizaci obrovské množství toxických látek, které jsou ještě jednou, spadají do povahy lidské činnosti, jakož i vytvořit více než 70% kyslíku, obsaženého v atmosféře naší planety. Mimochodem, mnoho učebnic stále uvádí, že nejproduktivnějším "košem" jsou oceány na Zemi. Naneštěstí je toto prohlášení velice daleko od pravdy.

"Oceanický paradox"

Znáte s čím se porovnává biologická produktivita ekosystémů moří a oceánů? S polopouští! Velké objemy biomasy se vysvětlují skutečností, že to jsou vodní plochy, které zaujímají většinu povrchu planety. Tolikrát předpokládaná využití moře jako hlavní zdroj živin pro celé lidstvo v příštích letech, je téměř nemožné, protože ekonomická proveditelnost to je velmi nízká. Nicméně, nízká účinnost tohoto typu ekosystému nijak nesnižuje význam oceánů pro život všech živých organismů, a proto je třeba chránit jako důkladnější možným způsobem.

Moderní ekologové říkají, že možnosti zemědělské půdy jsou zdaleka vyčerpané a v budoucnu budeme schopni získat z nich bohatější sklizeň. Zvláštní naděje jsou umístěny rýžových polí, které mohou díky své jedinečné vlastnosti poskytnout obrovské množství cenné organické hmoty.

Základní informace o produktivitě biologických systémů

Produktivita ekosystému je obecně určována rychlostí fotosyntézy a akumulace organických látek v určité biocenózě. Tato hmotnost organické hmoty, která se vytváří za jednotku času, se nazývá primární výroba. Může být vyjádřena dvěma způsoby: v joulech nebo v suché hmotnosti rostlin. Hrubý výkon je jeho objem, vytvořený rostlinnými organismy po určitou jednotku času, konstantní rychlostí fotosyntézy. Mělo by se pamatovat na to, že část této látky se dostane do životně důležité činnosti samotných rostlin. Zbývajícími organickými látkami je čistá primární produktivita ekosystému. Je to ona, která jde do stravy heterotrofů, včetně nás.

Existuje "horní limit" primární produkce?

Stručně, ano. Podívejme se stručně na to, jak je to v zásadě účinné proces fotosyntézy. Připomeňme si, že intenzita slunečního záření, které dosahuje povrchu země, je velmi závislé na poloze: maximální energetická účinnost je charakteristická pro rovníkové zóny. Při přiblížení se k pólu klesá exponenciálně. Přibližně polovina sluneční energie se odráží v ledu, sněhu, oceánech nebo pouštích, je absorbována plyny v atmosféře. Například ozonová vrstva atmosféry absorbuje téměř veškeré ultrafialové záření! Pouze polovina světla, které padá na listy rostlin, se používá při fotosyntetické reakci. Takže biologická produktivita ekosystémů je výsledkem přeměny nevýznamné části energie slunce!

Co je sekundární výroba?

Sekundární výroba se tudíž po určitou dobu nazývá zvýšení spotřebitelů (tj. Spotřebitelů). Samozřejmě produktivita ekosystému závisí na nich v mnohem menší míře, ale tato biomasa hraje nejdůležitější roli v lidském životě. Je třeba mít na paměti, že sekundární organické látky se odděleně počítá na každé trofické úrovni. Typy produktivity ekosystému jsou tedy rozděleny do dvou typů: primární a sekundární.

Poměr primárních a sekundárních produktů

Jak můžete odhadnout, poměr biomasy a celkové hmotnosti rostlin je poměrně malý. I v džungli a bažinách tento ukazatel zřídka překračuje úroveň 6,5%. Čím více bylinných rostlin v komunitě je vyšší míra akumulace organické hmoty a tím větší nesrovnalost.

O rychlosti a objemu tvorby organických látek

Obecně platí, že omezující rychlost tvorby organických látek primárního původu je zcela závislá na stavu fotosyntetického aparátu rostlin (FAP). Maximální hodnota účinnosti fotosyntézy, dosažená v laboratoři, činí 12% hodnoty fágu. Za přírodních podmínek je hodnota 5% považována za extrémně vysokou a prakticky se nevyskytuje. Předpokládá se, že na Zemi absorpce slunečního světla nepřesahuje 0,1%.

Distribuce primárních produktů

Je třeba poznamenat, že produktivita přírodního ekosystému - věc mimořádně nerovnoměrná po celé planetě. Celková hmotnost veškeré organické hmoty, která se každoročně vytváří na povrchu Země, činí zhruba 150 až 200 miliard tun. Pamatujte, že jsme hovořili o produktivitě oceánů výše? Takže 2/3 této látky se tvoří na zemi! Jen si to představte: obří, obrovské množství hydrosféry formě třikrát méně než organické malém pozemku, velká část z nich je poušť!

Více než 90% nahromaděných organických látek v jedné nebo jiné formě jde do potravin pro heterotrofní organismy. Jen nevýznamná část sluneční energie je uložena ve formě půdního humusu (stejně jako ropy a uhlí, jejichž tvorba je i dnes). Na území prvovýroby zisky naší země v rozmezí od 20 kg / ha (v blízkosti Severního ledového oceánu) na více než 200 kg / ha na Kavkaze. V pouštních oblastech tato hodnota nepřesahuje 20 q / ha.

V zásadě prakticky totožný s pěti kontinentech naší světové teplé náročnosti výroby, skoro: V Jižní Americe vegetaci hromadí a půl krát vyšší obsah sušiny, vzhledem k výborným klimatickým podmínkám. Produktivita přírodních a umělých ekosystémů je maximální.

Co poskytuje lidem potravu?

Přibližně 1,4 miliardy hektarů zaujímá na povrchu našich planárních plantáží pěstovaných rostlin, které nám poskytují jídlo. To je asi 10% všech ekosystémů planety. Je ironií, že jen polovina výstupu jde přímo do jídla lidí. Všechny ostatní se používají jako krmivo pro domácí zvířata a vyhovují potřebám průmyslové produkce (nesouvisí s výrobou potravin). Vědci jsou již dlouho znepokojeni: produktivita a biomasa ekosystémů naší planety nemohou poskytovat více než 50% potřeb lidstva v proteinu. Jednoduše řečeno, polovina světové populace žije v podmínkách chronického hladovění bílkovin.

Biocenese-držitelé záznamů

Jak jsme již uvedli, rovníkové lesy jsou nejproduktivnější. Jen si myslete: jeden hektar takové biocenózy může představovat více než 500 tun sušiny! A to není limit. V Brazílii například jeden hektar lesa vytváří mezi 1200 a 1500 tun (!) Organických látek za rok! Zamyslete se nad tím pouze: existují až dva centráry organické hmoty na metr čtvereční! V tundře na stejné oblasti je vytvořen ne více než 12 m, a medián pás lesů - do 400 m Tato aktivně používat velkochovu hospodářských zvířat v těch částech :. Produktivita umělé ekosystému v poli cukrové třtiny, které se mohou akumulovat až do 80 tun sušiny hektar, nikde jinde taková sklizeň nemůže být fyzicky dána. Nicméně, mírně liší od svých zátok Orinoco, Mississippi, stejně jako někteří oblast Čad. Zde, za rok ekosystému „dát“ až 300 tun materiálu na hektar!

Výsledky

Hodnocení produktivity by se proto mělo provádět na základě primární látky. Skutečnost, že vedlejší produkty, není větší než 10% této hodnoty, jeho hodnota značně liší, a stejně tak podrobnou analýzu tohoto indikátoru je prostě nemožné.