Varje år utarmar människor resurserna på planeten mer och mer. Det är inte förvånande att en bedömning av hur många resurser en viss biocenos kan ge på senare tid har blivit av stor betydelse. Idag är ekosystemets produktivitet av avgörande betydelse när man väljer sätt att förv alta, eftersom arbetets ekonomiska genomförbarhet direkt beror på mängden produktion som kan erhållas.
Här är de viktigaste frågorna som forskare står inför idag:
- Hur mycket solenergi finns tillgänglig och hur mycket assimileras av växter, hur mäts den?
- Vilka typer av ekosystem är mest produktiva och producerar mest primärproduktion?
- Vilka faktorer begränsar primärproduktionen lok alt och glob alt?
- Vilken effektivitet omvandlar växter energi med?
- Vilka är skillnaderna mellan effektivitetassimilering, renare produktion och miljöeffektivitet?
- Hur skiljer sig ekosystem i mängden biomassa eller volymen av autotrofa organismer?
- Hur mycket energi är tillgänglig för människor och hur mycket använder vi?
Vi kommer att försöka åtminstone delvis svara på dem inom ramen för denna artikel. Låt oss först ta itu med de grundläggande begreppen. Så, produktiviteten hos 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 är kapabla att syntetisera organiska molekyler från oorganiska prekursorer. De kallas autotrofer, vilket betyder "självätande". Egentligen beror ekosystemens produktivitet på deras aktiviteter. Autotrofer kallas också för primärproducenter. Organismer som kan producera komplexa organiska molekyler från enkla oorganiska ämnen (vatten, CO2) tillhör oftast klassen växter, men vissa bakterier har samma förmåga. Processen genom vilken de syntetiserar organiska ämnen kallas fotokemisk syntes. Som namnet antyder kräver fotosyntes solljus.
Vi bör också nämna den väg som kallas kemosyntes. Vissa autotrofer, främst specialiserade bakterier, kan omvandla oorganiska näringsämnen till organiska föreningar utan tillgång till solljus. Det finns flera grupper av kemosyntetiska medelbakterier i hav och sötvatten, och de är särskilt vanliga i miljöer med hög h alt av svavelväte eller svavel. Liksom klorofyllbärande växter och andra organismer som kan fotokemisk syntes, är kemosyntetiska organismer autotrofer. Emellertid är ekosystemets produktivitet snarare vegetationens aktivitet, eftersom det är hon som är ansvarig för ackumuleringen av mer än 90% av organiskt material. Kemosyntes spelar en oproportionerligt mindre roll i detta.
Många organismer kan bara få den energi de behöver genom att äta andra organismer. De kallas heterotrofer. Dessa inkluderar i princip alla samma växter (de "äter" också färdigt organiskt material), djur, mikrober, svampar och mikroorganismer. Heterotrofer kallas också "konsumenter".
Växternas roll
Som regel hänvisar ordet "produktivitet" i detta fall till växternas förmåga att lagra en viss mängd organiskt material. Och detta är inte förvånande, eftersom endast växtorganismer kan omvandla oorganiska ämnen till organiska. Utan dem skulle livet på vår planet vara omöjligt, och därför betraktas ekosystemets produktivitet från denna position. I allmänhet är frågan extremt enkel: så hur mycket organiskt material kan växter lagra?
Vilka biocenoser är mest produktiva?
Konstigt nog, men mänskligt skapade biocenoser är långt ifrån de mest produktiva. Djungler, träsk, selva av stora tropiska floder i detta avseendeligger långt fram. Dessutom är det dessa biocenoser som neutraliserar en enorm mängd giftiga ämnen, som återigen kommer in i naturen som ett resultat av mänsklig aktivitet, och producerar också mer än 70% av det syre som finns i atmosfären på vår planet. I många läroböcker står det förresten fortfarande att jordens hav är den mest produktiva "brödkorgen". Konstigt nog, men detta påstående är väldigt långt ifrån sanningen.
Ocean Paradox
Vet du vad den biologiska produktiviteten i havens och havens ekosystem jämförs med? Med halvöknar! Stora volymer biomassa förklaras av att det är vattenvidder som upptar större delen av planetens yta. Så den upprepade förutsedda användningen av haven som den viktigaste källan till näringsämnen för hela mänskligheten under de kommande åren är knappast möjlig, eftersom den ekonomiska genomförbarheten av detta är extremt låg. Den låga produktiviteten hos denna typ av ekosystem förtar dock inte på något sätt havens betydelse för alla levande varelsers liv, så de måste skyddas så noggrant som möjligt.
Moderne miljövänner säger att jordbruksmarkens möjligheter är långt ifrån uttömda, och i framtiden kommer vi att kunna få rikligare skördar från dem. Särskilda förhoppningar ställs till risfält, som kan producera en enorm mängd värdefullt organiskt material på grund av sina unika egenskaper.
Grundläggande information om produktiviteten hos biologiska system
Övergripande ekosystemproduktivitetbestäms av hastigheten för fotosyntes och ackumulering av organiska ämnen i en viss biocenos. Massan av organiskt material som skapas per tidsenhet kallas primärproduktion. Det kan uttryckas på två sätt: antingen i joule eller i den torra massan av växter. Bruttoproduktion är dess volym som skapas av växtorganismer under en viss tidsenhet, med en konstant hastighet av fotosyntesprocessen. Man bör komma ihåg att en del av detta ämne kommer att gå till den vitala aktiviteten hos växterna själva. Det återstående organiska materialet är ekosystemets primära nettoproduktivitet. Det är hon som går för att mata heterotrofer, som inkluderar dig och jag.
Finns det en "övre gräns" för primärproduktion?
Kort sagt, ja. Låt oss ta en snabb titt på hur effektiv fotosyntesprocessen är i princip. Kom ihåg att intensiteten av solstrålningen som når jordens yta är starkt beroende av platsen: den maximala energiåtergången är karakteristisk för ekvatorialzonerna. Den minskar exponentiellt när den närmar sig polerna. Ungefär hälften av solenergin reflekteras av is, snö, hav eller öknar och absorberas av gaser i atmosfären. Ozonskiktet i atmosfären absorberar till exempel nästan all ultraviolett strålning! Endast hälften av ljuset som träffar växternas blad används i fotosyntesreaktionen. Så ekosystemens biologiska produktivitet är resultatet av att en obetydlig del av solens energi omvandlas!
Vad är sekundärproduktion?
Därför kallas sekundära produkterkonsumenternas (det vill säga konsumenternas) tillväxt under en viss tidsperiod. Naturligtvis beror ekosystemets produktivitet i mycket mindre utsträckning på dem, men det är denna biomassa som spelar den viktigaste rollen i mänskligt liv. Det bör noteras att sekundära organiska ämnen beräknas separat på varje trofisk nivå. Sålunda är typerna av ekosystemproduktivitet indelade i två typer: primär och sekundär.
Förhållande mellan primär och sekundär produktion
Som du kanske kan gissa är förhållandet mellan biomassa och total växtmassa relativt lågt. Även i djungeln och träsken överstiger denna siffra sällan 6,5 %. Ju fler örtartade växter i samhället, desto högre ackumuleringshastighet av organiskt material och desto större avvikelse.
Om hastigheten och volymen för bildning av organiska ämnen
I allmänhet beror den begränsande hastigheten för bildning av organiskt material av primärt ursprung helt på tillståndet hos växternas fotosyntesapparat (PAR). Det maximala värdet för fotosynteseffektivitet, som uppnåddes under laboratorieförhållanden, är 12 % av PAR-värdet. Under naturliga förhållanden anses ett värde på 5% vara extremt högt och förekommer praktiskt taget inte. Man tror att assimileringen av solljus på jorden inte överstiger 0,1%.
Primärproduktionsdistribution
Det bör noteras att det naturliga ekosystemets produktivitet är extremt ojämn över hela planeten. Den totala massan av allt organiskt material som bildas årligen denjordens yta, är cirka 150-200 miljarder ton. Kommer du ihåg vad vi sa om produktiviteten i haven ovan? Så, 2/3 av detta ämne bildas på land! Föreställ dig bara: gigantiska, otroliga volymer av hydrosfären bildar tre gånger mindre organiskt material än en liten del av landet, varav en stor del är öknar!
Mer än 90 % av det ackumulerade organiska materialet i en eller annan form används som föda för heterotrofa organismer. Endast en liten bråkdel av solenergin lagras i form av jordhumus (liksom olja och kol, som bildas än idag). På vårt lands territorium varierar ökningen av primär biologisk produktion från 20 centners per hektar (nära Ishavet) till mer än 200 centners per hektar i Kaukasus. I ökenområden överstiger inte detta värde 20 c/ha.
I princip, på de fem varma kontinenterna i vår värld, är produktionsintensiteten praktiskt taget densamma, nästan: i Sydamerika ackumuleras vegetationen en och en halv gånger mer torrsubstans, på grund av utmärkta klimatförhållanden. Där är produktiviteten för naturliga och artificiella ekosystem maximal.
Vad matar människor?
Ungefär 1,4 miljarder hektar på vår planets yta är planteringar av odlade växter som förser oss med mat. Detta är ungefär 10 % av alla ekosystem på planeten. Märkligt nog, men bara hälften av de resulterande produkterna går direkt till mänsklig mat. Allt annat används som husdjursmat och går tillindustriproduktionens behov (ej relaterade till produktion av livsmedel). Forskare har slagit larm under lång tid: produktiviteten och biomassan i vår planets ekosystem kan inte ge mer än 50 % av mänsklighetens behov av protein. Enkelt uttryckt lever hälften av världens befolkning under tillstånd av kronisk proteinsvält.
Biocenos-rekordinnehavare
Som vi redan har sagt, kännetecknas ekvatorialskogar av den högsta produktiviteten. Tänk bara på det: mer än 500 ton torrsubstans kan falla på en hektar av en sådan biocenos! Och detta är långt ifrån gränsen. I Brasilien, till exempel, producerar en hektar skog från 1200 till 1500 ton (!) organiskt material per år! Tänk bara: det finns upp till två centner organiskt material per kvadratmeter! I tundran på samma område bildas inte mer än 12 ton, och i skogarna i mittbältet - inom 400 ton. Jordbruksföretag i dessa delar använder aktivt detta: produktiviteten hos ett artificiellt ekosystem i form av ett socker sockerrörsfält, som kan samla upp till 80 ton torrsubstans per hektar, ingen annanstans kan fysiskt ge sådana skördar. Orinoco- och Mississippi-vikarna, liksom vissa områden i Tchad, skiljer sig dock lite från dem. Här "ger" ekosystemen ut upp till 300 ton ämnen per hektar yta under ett år!
Resultat
Utvärderingen av produktiviteten bör således göras på basis av det primära ämnet. Faktum är att sekundärproduktion inte är mer än 10% av detta värde, dess värde fluktuerar mycket, och därför en detaljerad analysden här indikatorn är helt enkelt omöjlig.
