Η βιολογική παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων

Κάθε χρόνο οι άνθρωποι είναι όλο και εξάντληση των φυσικών πόρων 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 είναι ζωτικής σημασίας κατά την επιλογή της μεθόδου διαχείρισης, όπως ο αριθμός των προϊόντων που μπορεί να επιτευχθεί εξαρτάται άμεσα από την εργασία οικονομική σκοπιμότητα.

Εδώ είναι τα κύρια θέματα που αντιμετωπίζει σήμερα επιστήμονες:

• Πόση ηλιακή ενέργεια είναι διαθέσιμη και πόσο αφομοιώνεται από τα φυτά, όπως μετριέται;
• Σε ορισμένους τύπους οικοσυστημάτων είναι η υψηλότερη απόδοση και τα οποία παρέχουν το μεγαλύτερο μέρος της πρωτογενούς παραγωγής;
• Τι παράγοντες περιορίζουν τον αριθμό των πρωτογενών προϊόντων σε τοπικό και παγκόσμιο επίπεδο;
• Ποια είναι η αποτελεσματικότητα με την οποία η ενέργεια μετατρέπεται από τα φυτά;
• Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της απόδοσης αφομοίωσης, καθαρότερη παραγωγή και τις περιβαλλοντικές επιδόσεις;
• Όπως οικοσυστήματα διαφέρουν ως προς την ποσότητα ή τον όγκο της βιομάζας των αυτοτροφικής οργανισμών;
• Πόση ενέργεια είναι διαθέσιμη για τους ανθρώπους και πόσο θα χρησιμοποιήσετε;

Εμείς θα προσπαθήσουμε να τους απαντήσει, τουλάχιστον εν μέρει σε αυτό το άρθρο. Κατ 'αρχάς, ας ασχοληθεί με τις βασικές έννοιες. Έτσι, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος είναι η διαδικασία της συσσώρευσης της οργανικής ύλης σε κάποιο βαθμό. Τι οργανισμοί είναι υπεύθυνοι για αυτό το έργο;

Αυτότροφους και ετερότροφα

Γνωρίζουμε ότι ορισμένοι οργανισμοί είναι σε θέση να συνθέσουν οργανικά μόρια από ανόργανα πρόδρομες ουσίες. Καλούνται αυτότροφους, που σημαίνει «αυτο-διατροφή». Στην πραγματικότητα, η παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων εξαρτάται ακριβώς από τις δραστηριότητές τους. Αυτότροφους αναφέρεται επίσης ως πρωτογενείς παραγωγούς. Οργανισμοί που είναι σε θέση να παράγουν σύνθετα οργανικά μόρια από απλές ανόργανες ουσίες (νερό, CO2), τα περισσότερα ανήκουν στην κατηγορία των φυτών, αλλά οι ίδιες ικανότητες που κατέχονται από ορισμένα βακτηρίδια. Η διαδικασία με την οποία αυτοί συνθέτουν οργανική ύλη, που ονομάζεται φωτοχημική σύνθεση. Όπως είναι εύκολο να καταλάβει από το όνομα, τη φωτοσύνθεση χρειάζεται το φως του ήλιου.

Θα πρέπει επίσης να αναφέρουμε τον τρόπο, γνωστό ως chemosynthesis. Μερικά αυτότροφους κυρίως εξειδικευμένη βακτήρια που μπορεί να μετατρέψει τα ανόργανα θρεπτικά συστατικά σε οργανικές ενώσεις χωρίς πρόσβαση το φως του ήλιου. Υπάρχουν αρκετές ομάδες των chemosynthetic βακτηρίων σε θαλασσινό και γλυκό νερό, και πολύ συχνά βρίσκονται σε περιβάλλοντα με υψηλή περιεκτικότητα σε υδρόθειο ή το θείο. Καθώς τα φυτά χλωροφύλλη και άλλους οργανισμούς ικανό φωτοχημική σύνθεση, chemosynthetic οργανισμούς - αυτότροφους. Ωστόσο, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος ονομάζεται η μεγαλύτερη δραστηριότητα της βλάστησης, καθώς είναι υπεύθυνη για τη συσσώρευση πάνω από το 90% οργανική ύλη. Chemosynthesis παίζει δυσανάλογα μικρότερο ρόλο.

Εν τω μεταξύ, πολλοί οργανισμοί μπορούν να αποκτήσουν την απαραίτητη ενέργεια, αλλά το φαγητό άλλους οργανισμούς. Είναι ονομάζεται ετερότροφα. Κατ 'αρχήν, είναι όλα τα ίδια φυτά (επίσης «τρώνε» οργανική έτοιμο), ζώα, βακτήρια, μύκητες και μικροοργανισμούς. Ετερότροφα αναφέρεται επίσης ως «καταναλωτές».

Ο ρόλος των φυτών

Συνήθως, η λέξη «παραγωγικότητα» σε αυτή την περίπτωση αναφέρεται στην ικανότητα των φυτών να αποθηκεύουν ένα ορισμένο ποσό της 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. Σε γενικές γραμμές, το ερώτημα είναι πολύ απλή: ναι, τι πολλά από οργανική ύλη μπορεί να προμηθευτείτε τα φυτά;

Τι biocenoses είναι οι πιο παραγωγικοί;

Παραδόξως αρκετά, αλλά τεχνητές biocenoses δεν είναι η πιο παραγωγική. Ζούγκλες, βάλτους, ζούγκλα μεγάλες τροπικά ποτάμια από αυτή την άποψη είναι πολύ πιο μπροστά. Επιπλέον, αυτές οι biocenoses εξουδετερώνουν τεράστιο ποσό των τοξικών ουσιών οι οποίες, για μία ακόμη φορά, πέφτουν στην φύση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, καθώς και τη δημιουργία περισσότερο από το 70% του οξυγόνου που περιέχεται στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Με την ευκαιρία, σε πολλά σχολικά βιβλία εξακολουθούν να υποστηρίζει ότι η πιο παραγωγική «σιτοβολώνας» της Γης είναι οι ωκεανοί. Περιέργως, όμως αυτή η δήλωση είναι πολύ μακριά από την αλήθεια.

«Ocean παράδοξο»

Ξέρεις, η σύγκριση με τη βιολογική παραγωγικότητα του οικοσυστήματος των θαλασσών και των ωκεανών; Με τις ημι-ερήμους! Μεγάλες ποσότητες της βιομάζας οφείλεται στο γεγονός ότι είναι χώροι νερού καταλαμβάνουν ένα μεγάλο μέρος της επιφάνειας του πλανήτη. Έτσι, πολλές φορές η προβλεπόμενη χρήση της θάλασσας ως την κύρια πηγή θρεπτικών συστατικών για το σύνολο της ανθρωπότητας τα επόμενα χρόνια, είναι σχεδόν αδύνατο, επειδή η οικονομική σκοπιμότητα αυτού είναι πολύ χαμηλή. Ωστόσο, η χαμηλή αποτελεσματικότητα αυτού του τύπου οικοσυστήματος σε καμία περίπτωση δεν μειώνει τη σημασία των ωκεανών για τη ζωή όλων των ζωντανών πραγμάτων, γι 'αυτό πρέπει να προστατεύεται ως μια πιο λεπτομερή δυνατό τρόπο.

Σύγχρονη περιβαλλοντολόγοι λένε ότι η ικανότητα της γεωργικής γης είναι μακριά από εξαντληθεί, και στο μέλλον θα είμαστε σε θέση να τις λάβουν πιο άφθονη συγκομιδή. Ειδικές ελπίδες καρφώθηκε στα χωράφια του ρυζιού, το οποίο μπορεί να παρέχει έναν πλούτο των πολύτιμων οργανικής ύλης λόγω της μοναδικά χαρακτηριστικά της.

Βασικές πληροφορίες σχετικά με την παραγωγικότητα των βιολογικών συστημάτων

Σε γενικές γραμμές, το οικοσύστημα ορίζεται ποσοστό παραγωγικότητας της φωτοσύνθεσης και τη συσσώρευση οργανικής ύλης σε μια συγκεκριμένη βιοκοινότητα. Ότι η οργανική μάζα, η οποία δημιουργείται ανά μονάδα χρόνου ονομάζεται πρωτογενούς παραγωγής. Για να το εκφράσουμε με δύο τρόπους: είτε σε Joules είτε σε ξηρό βάρος των φυτών. Ακαθάριστο προϊόν που ονομάζεται όγκος που δημιουργείται φυτικούς οργανισμούς του για μια συγκεκριμένη μονάδα του χρόνου, με ένα σταθερό ρυθμό της φωτοσύνθεσης. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι κάποιοι από αυτό το υλικό θα πάει για τη ζωή των ίδιων των φυτών. Το υπόλοιπο τότε οργανικό - καθαρή πρωτογενή παραγωγικότητα του οικοσυστήματος. Αυτό έρχεται σε ετερότροφα τρόφιμα, τα οποία εσείς και εγώ περιλαμβάνουν.

Είναι ένα «ανώτατο όριο» της πρωτογενούς παραγωγής εκεί;

Με λίγα λόγια, το «ναι». Ας ρίξουμε μια σύντομη ματιά στο πόσο αποτελεσματική είναι, κατ 'αρχήν, τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Να θυμάστε ότι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης, πολλά εξαρτώνται από την τοποθεσία: Η μέγιστη χαρακτηριστικό ισχύος εξόδου της ισημερινής ζώνης. Μειώνει εκθετικά καθώς πλησιάζουμε τους πόλους. Περίπου το ήμισυ της ηλιακής ενέργειας που αντανακλάται από πάγο, χιόνι, ωκεανούς ή ερήμους, απορροφάται αερίων στην ατμόσφαιρα. Για παράδειγμα, ατμοσφαιρικό στρώμα του όζοντος απορροφά σχεδόν όλη την υπεριώδη ακτινοβολία! Μόνο το μισό του φωτός που πέφτει στα φύλλα των φυτών που χρησιμοποιούνται στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης. Έτσι ώστε η βιολογική παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων - το αποτέλεσμα της μετατροπής ενός ασήμαντο μέρος της ενέργειας του ήλιου!

Τι είναι ένας δευτερογενής παραγωγή;

Κατά συνέπεια, τα δευτερογενή προϊόντα ονομάζονται ανάπτυξη consuments (δηλαδή, οι πελάτες) για οποιοδήποτε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Φυσικά, η παραγωγικότητα του οικοσυστήματος εξαρτάται από τους σε πολύ μικρότερο βαθμό, αλλά είναι ακριβώς αυτή η βιομάζα παίζει σημαντικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου. Σημειώστε ότι οι δευτερεύουσες οργανικά μετρήθηκαν χωριστά σε κάθε τροφικό επίπεδο. Έτσι, οι τύποι οικοσυστήματος παραγωγικότητα χωρίζονται σε δύο τύπους: πρωτογενή και δευτερογενή.

Η αναλογία της πρωτογενούς και δευτερογενούς παραγωγής

Όπως μπορείτε να μαντέψετε, η αναλογία της βιομάζας και η συνολική μάζα των φυτών είναι σχετικά μικρή. Ακόμη και στις ζούγκλες και βάλτους αυτού του ποσοστού σπάνια υπερβαίνει το σήμα του 6,5%. Οι πιο ποώδη φυτά στην κοινότητα, τόσο υψηλότερο είναι το ποσοστό συσσώρευσης της οργανικής ύλης και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά.

Ο ρυθμός του σχηματισμού και της ποσότητας των οργανικών ουσιών

Γενικά περιορίζοντας το ρυθμό σχηματισμού της οργανικής ύλης πρωτογενούς προέλευσης εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την κατάσταση του φωτοσυνθετικού μηχανισμού των φυτών (PAR). Η μέγιστη τιμή της αποτελεσματικότητας της φωτοσύνθεσης, η οποία επιτεύχθηκε στο εργαστήριο, είναι 12% του PAR. Σε φυσικές συνθήκες, η τιμή του 5% θεωρείται πολύ υψηλό και σχεδόν δεν συμβαίνει. Πιστεύεται ότι η πρόσληψη στον κόσμο ηλιακό φως δεν υπερβαίνει το 0,1%.

Η κατανομή της πρωτογενούς παραγωγής

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παραγωγικότητα του φυσικού οικοσυστήματος - ένα κομμάτι πολύ άνισα σε ολόκληρο τον πλανήτη. Το συνολικό βάρος όλων των οργανικών ουσιών η οποία σχηματίζει στην επιφάνεια της γης κάθε χρόνο είναι της τάξεως των 150-200 δισεκατομμύρια τόνους. Θυμηθείτε τι είπαμε για την παραγωγικότητα των παραπάνω ωκεανών; Έτσι, τα 2/3 αυτής της ουσίας που σχηματίζεται πάνω 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 σωρευμένης οργανικής ύλης σε μία ή την άλλη μορφή πρόκειται για τρόφιμα ετερότροφα οργανισμούς. Μόνο ένα μικρό μέρος της ηλιακής ενέργειας που αποθηκεύεται με τη μορφή χούμο του εδάφους (όπως και το πετρέλαιο και ο άνθρακας, ο σχηματισμός του οποίου είναι ακόμα και σήμερα). Στο έδαφος των κερδών της πρωτογενούς παραγωγής της χώρας μας που κυμαίνεται από 20 kg / ha (κοντά στον Αρκτικό Ωκεανό) σε περισσότερα από 200 kg / ha στην περιοχή του Καυκάσου. Σε περιοχές της ερήμου, η τιμή αυτή δεν υπερβαίνει το 20 ο / εκτάριο.

Κατ 'αρχήν, σχεδόν ταυτόσημες με τις πέντε ηπείρους του κόσμου ζεστή ένταση παραγωγής μας, σχεδόν: στη Νότια Αμερική βλάστηση συσσωρεύεται και δυόμισι φορές μεγαλύτερη σε ξηρή ύλη, που οφείλεται στις εξαιρετικές κλιματολογικές συνθήκες. παραγωγικότητα Υπάρχουν φυσικά και τεχνητά οικοσυστήματα μέγιστο.

Αυτό παρέχει εξουσία στο λαό;

Περίπου 1,4 δισεκατομμύρια εκτάρια βρίσκονται στην επιφάνεια των φυτειών πλανήτη μας καλλιεργείται από τα φυτά ο άνθρωπος που μας παρέχουν με το φαγητό σας. Είναι - περίπου το 10% των οικοσυστημάτων του πλανήτη. Όλως περιέργως, αλλά μόνο οι μισοί έλαβαν παραγωγής πηγαίνει απευθείας για κατανάλωση από τον άνθρωπο. Όλα τα υπόλοιπα χρησιμοποιείται ως τροφή για ζώα και είναι οι ανάγκες του τομέα (α παραγωγή τροφίμων). Οι επιστήμονες έχουν από καιρό κρούουν τον κώδωνα του κινδύνου: η παραγωγικότητα και η βιομάζα των οικοσυστημάτων του πλανήτη μας μπορεί να προσφέρει τίποτα περισσότερο από το 50% των αναγκών της ανθρωπότητας στην πρωτεΐνη. Με απλά λόγια, το ήμισυ του παγκόσμιου πληθυσμού ζει σε συνθήκες χρόνιας έλλειψης πρωτεϊνών.

Βιοκοινότητα-πρωταθλητές

Όπως έχουμε ήδη πει, η μεγαλύτερη παραγωγικότητα χαρακτηρίζονται από τροπικά 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! Απλά σκεφτείτε: ανά τετραγωνικό μέτρο έως και δύο στατήρες της οργανικής! 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 εκτάρια καλλιεργειών οπουδήποτε αλλού δεν θα είναι σε θέση να σωματικά. 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 θα πρέπει να πραγματοποιείται με ακρίβεια στην πρωτογενή 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.