În fiecare an, oamenii epuizează din ce în ce mai mult resursele planetei. Nu este surprinzător faptul că recent o evaluare a câte resurse poate oferi o anumită biocenoză a devenit de mare importanță. Astăzi, productivitatea ecosistemului are o importanță decisivă atunci când se alege un mod de gestionare, deoarece fezabilitatea economică a lucrării depinde direct de cantitatea de producție care poate fi obținută.
Iată principalele întrebări cu care se confruntă oamenii de știință astăzi:
- Câtă energie solară este disponibilă și cât este asimilată de plante, cum se măsoară?
- Care tipuri de ecosisteme sunt cele mai productive și produc cea mai mare producție primară?
- Ce factori limitează producția primară la nivel local și global?
- Care este eficiența cu care centralele convertesc energia?
- Care sunt diferențele dintre eficiențăasimilare, producție mai curată și eficiență ecologică?
- Cum diferă ecosistemele în ceea ce privește cantitatea de biomasă sau volumul organismelor autotrofe?
- Câtă energie este disponibilă oamenilor și cât de mult folosim?
Vom încerca să le răspundem cel puțin parțial în cadrul acestui articol. În primul rând, să ne ocupăm de conceptele de bază. Deci, productivitatea unui ecosistem este procesul de acumulare a materiei organice într-un anumit volum. Ce organisme sunt responsabile pentru această activitate?
Autotrofi și heterotrofe
Știm că unele organisme sunt capabile să sintetizeze molecule organice din precursori anorganici. Se numesc autotrofi, ceea ce înseamnă „auto-hrănire”. De fapt, productivitatea ecosistemelor depinde de activitățile lor. Autotrofii sunt denumiți și producători primari. Organismele care sunt capabile să producă molecule organice complexe din substanțe anorganice simple (apă, CO2) aparțin cel mai adesea clasei de plante, dar unele bacterii au aceeași capacitate. Procesul prin care sintetizează substanțele organice se numește sinteză fotochimică. După cum sugerează și numele, fotosinteza necesită lumina soarelui.
Ar trebui să menționăm și calea cunoscută sub numele de chimiosinteză. Unii autotrofe, în principal bacterii specializate, pot transforma nutrienții anorganici în compuși organici fără acces la lumina soarelui. Există mai multe grupuri de chimiosinteticebacterii din mare și apa dulce și sunt frecvente în special în mediile cu un conținut ridicat de hidrogen sulfurat sau sulf. La fel ca plantele purtătoare de clorofilă și alte organisme capabile de sinteză fotochimică, organismele chemosintetice sunt autotrofe. Cu toate acestea, productivitatea ecosistemului este mai degrabă activitatea vegetației, deoarece ea este cea care este responsabilă pentru acumularea a peste 90% din materie organică. Chemosinteza joacă un rol disproporționat mai mic în acest sens.
Între timp, multe organisme pot obține energia de care au nevoie doar mâncând alte organisme. Se numesc heterotrofi. În principiu, acestea includ toate aceleași plante (de asemenea „mănâncă” materie organică gata preparată), animale, microbi, ciuperci și microorganisme. Heterotrofele sunt numiți și „consumatori”.
Rolul plantelor
De regulă, cuvântul „productivitate” în acest caz se referă la capacitatea plantelor de a stoca o anumită cantitate de materie organică. Și acest lucru nu este surprinzător, deoarece numai organismele vegetale pot transforma substanțele anorganice în cele organice. Fără ele, viața însăși pe planeta noastră ar fi imposibilă și, prin urmare, productivitatea ecosistemului este considerată din această poziție. În general, întrebarea este extrem de simplă: deci câtă materie organică pot stoca plantele?
Care biocenoze sunt cele mai productive?
Destul de ciudat, dar biocenozele create de om sunt departe de a fi cele mai productive. Jungle, mlaștini, selva de mari râuri tropicale în acest senssunt mult înainte. În plus, aceste biocenoze sunt cele care neutralizează o cantitate imensă de substanțe toxice, care, din nou, intră în natură ca urmare a activității umane și, de asemenea, produc mai mult de 70% din oxigenul conținut în atmosfera planetei noastre. Apropo, multe manuale afirmă încă că oceanele Pământului sunt cel mai productiv „coș de pâine”. Destul de ciudat, dar această afirmație este foarte departe de adevăr.
„Paradoxul oceanului”
Știți cu ce este comparată productivitatea biologică a ecosistemelor mărilor și oceanelor? Cu semi-deserturi! Volumele mari de biomasă se explică prin faptul că întinderile de apă sunt cele care ocupă cea mai mare parte a suprafeței planetei. Deci, utilizarea mărilor prezisă în mod repetat ca principală sursă de nutrienți pentru întreaga omenire în următorii ani este cu greu posibilă, deoarece fezabilitatea economică a acesteia este extrem de scăzută. Cu toate acestea, productivitatea scăzută a acestui tip de ecosistem nu scade cu nimic importanța oceanelor pentru viața tuturor viețuitoarelor, așa că trebuie protejate cât mai atent posibil.
Ecologistii moderni spun ca posibilitatile terenurilor agricole sunt departe de a fi epuizate, iar in viitor vom putea obtine recolte mai abundente de la ele. Se pun speranțe deosebite pe câmpurile de orez, care pot produce o cantitate imensă de materie organică valoroasă datorită caracteristicilor lor unice.
Informații de bază despre productivitatea sistemelor biologice
Productivitate globală a ecosistemuluieste determinată de viteza de fotosinteză și de acumulare de substanțe organice într-o anumită biocenoză. Masa de materie organică care este creată pe unitatea de timp se numește producție primară. Poate fi exprimat în două moduri: fie în Jouli, fie în masa uscată a plantelor. Producția brută este volumul său creat de organismele vegetale într-o anumită unitate de timp, la o rată constantă a procesului de fotosinteză. Trebuie amintit că o parte din această substanță va merge la activitatea vitală a plantelor în sine. Materia organică rămasă este productivitatea primară netă a ecosistemului. Ea este cea care merge să hrănească heterotrofii, care ne includ pe tine și pe mine.
Există o „limită superioară” a producției primare?
Pe scurt, da. Să aruncăm o privire rapidă asupra cât de eficient este procesul de fotosinteză în principiu. Reamintim că intensitatea radiației solare care ajunge la suprafața pământului este foarte dependentă de locație: returnarea maximă a energiei este caracteristică zonelor ecuatoriale. Descrește exponențial pe măsură ce se apropie de poli. Aproximativ jumătate din energia solară este reflectată de gheață, zăpadă, oceane sau deșerturi și este absorbită de gazele din atmosferă. De exemplu, stratul de ozon al atmosferei absoarbe aproape toate radiațiile ultraviolete! Doar jumătate din lumina care lovește frunzele plantelor este folosită în reacția de fotosinteză. Deci productivitatea biologică a ecosistemelor este rezultatul transformării unei părți nesemnificative a energiei soarelui!
Ce este producția secundară?
În consecință, produsele secundare sunt numitecreșterea consumatorilor (adică a consumatorilor) pentru o anumită perioadă de timp. Desigur, productivitatea ecosistemului depinde într-o măsură mult mai mică de ele, dar această biomasă este cea care joacă cel mai important rol în viața umană. Trebuie remarcat faptul că organicele secundare sunt calculate separat la fiecare nivel trofic. Astfel, tipurile de productivitate ecosistemică sunt împărțite în două tipuri: primară și secundară.
Raportul producției primare și secundare
După cum ați putea ghici, raportul dintre biomasă și masa totală a plantelor este relativ scăzut. Chiar și în junglă și mlaștini, această cifră depășește rar 6,5%. Cu cât sunt mai multe plante erbacee în comunitate, cu atât este mai mare rata de acumulare a materiei organice și cu atât discrepanța este mai mare.
Despre viteza și volumul de formare a substanțelor organice
În general, rata limitatoare de formare a materiei organice de origine primară depinde complet de starea aparatului fotosintetic al plantelor (PAR). Valoarea maximă a eficienței fotosintezei, care a fost atinsă în condiții de laborator, este de 12% din valoarea PAR. În condiții naturale, o valoare de 5% este considerată extrem de mare și practic nu apare. Se crede că pe Pământ asimilarea luminii solare nu depășește 0,1%.
Distribuție primară a producției
Trebuie remarcat faptul că productivitatea ecosistemului natural este extrem de inegală pe întreaga planetă. Masa totală a întregii materii organice care se formează anual pesuprafața Pământului este de aproximativ 150-200 de miliarde de tone. Vă amintiți ce am spus despre productivitatea oceanelor de deasupra? Deci, 2/3 din această substanță se formează pe uscat! Imaginează-ți doar: volumele gigantice și incredibile ale hidrosferei formează de trei ori mai puțină materie organică decât o mică parte a pământului, din care o mare parte sunt deșerturi!
Peste 90% din materia organică acumulată într-o formă sau alta este folosită ca hrană pentru organismele heterotrofe. Doar o mică parte din energia solară este stocată sub formă de humus din sol (precum și petrolul și cărbunele, care se formează și astăzi). Pe teritoriul țării noastre, creșterea producției biologice primare variază de la 20 de cenți la hectar (în apropierea Oceanului Arctic) până la peste 200 de cenți la hectar în Caucaz. În zonele deșertice, această valoare nu depășește 20 c/ha.
În principiu, pe cele cinci continente calde ale lumii noastre, intensitatea producției este practic aceeași, aproape: în America de Sud, vegetația acumulează de o ori și jumătate mai multă materie uscată, datorită condițiilor climatice excelente. Acolo, productivitatea ecosistemelor naturale și artificiale este maximă.
Ce hrănește oamenii?
Aproximativ 1,4 miliarde de hectare de pe suprafața planetei noastre sunt plantații de plante cultivate care ne asigură hrana. Aceasta reprezintă aproximativ 10% din toate ecosistemele de pe planetă. Destul de ciudat, dar doar jumătate din produsele rezultate merg direct în hrana umană. Orice altceva este folosit ca hrană pentru animale de companie și merge lanevoile producției industriale (nu sunt legate de producția de produse alimentare). Oamenii de știință trag un semnal de alarmă de mult timp: productivitatea și biomasa ecosistemelor planetei noastre nu pot asigura mai mult de 50% din necesarul de proteine al umanității. Mai simplu spus, jumătate din populația lumii trăiește în condiții de foamete cronică de proteine.
Deținători de record în biocenoze
După cum am spus deja, pădurile ecuatoriale sunt caracterizate de cea mai mare productivitate. Gândiți-vă doar: peste 500 de tone de substanță uscată pot cădea pe un hectar de o astfel de biocenoză! Și aceasta este departe de limită. În Brazilia, de exemplu, un hectar de pădure produce de la 1200 la 1500 de tone (!) de materie organică pe an! Gândiți-vă doar: există până la două cenți de materie organică pe metru pătrat! În tundra din aceeași zonă, nu se formează mai mult de 12 tone, iar în pădurile centurii de mijloc - în limita a 400 de tone Întreprinderile agricole din acele părți folosesc în mod activ acest lucru: productivitatea unui ecosistem artificial sub formă de zahăr. câmp de trestie, care poate acumula până la 80 de tone de substanță uscată la hectar, nicăieri altundeva nu poate produce fizic astfel de recolte. Cu toate acestea, golfurile Orinoco și Mississippi, precum și unele zone din Ciad, diferă puțin de acestea. Aici, timp de un an, ecosistemele „dau” până la 300 de tone de substanțe la hectar de suprafață!
Rezultate
Astfel, evaluarea productivității ar trebui efectuată pe baza substanței primare. Faptul este că producția secundară nu depășește 10% din această valoare, valoarea sa fluctuează foarte mult și, prin urmare, o analiză detaliatăacest indicator este pur și simplu imposibil.
