Hvert år tømmer folk ressursene på planeten mer og mer. Det er ikke overraskende at en vurdering av hvor mange ressurser en bestemt biocenose kan gi nylig har blitt av stor betydning. I dag er produktiviteten til økosystemet av avgjørende betydning når man skal velge en måte å forv alte på, siden den økonomiske gjennomførbarheten av arbeidet direkte avhenger av mengden produksjon som kan oppnås.
Her er hovedspørsmålene forskerne står overfor i dag:
- Hvor mye solenergi er tilgjengelig og hvor mye assimileres av planter, hvordan måles det?
- Hvilke typer økosystemer er mest produktive og produserer mest primærproduksjon?
- Hvilke faktorer begrenser primærproduksjonen lok alt og glob alt?
- Hva er effektiviteten som planter konverterer energi med?
- Hva er forskjellene mellom effektivitetassimilering, renere produksjon og miljøeffektivitet?
- Hvordan skiller økosystemene seg i mengden biomasse eller volumet av autotrofe organismer?
- Hvor mye energi er tilgjengelig for folk, og hvor mye bruker vi?
Vi vil prøve å i det minste delvis besvare dem innenfor rammen av denne artikkelen. La oss først ta for oss de grunnleggende konseptene. Så, produktiviteten til et økosystem er prosessen med akkumulering av organisk materiale i et visst volum. Hvilke organismer er ansvarlige for dette arbeidet?
Autotrofer og heterotrofer
Vi vet at noen organismer er i stand til å syntetisere organiske molekyler fra uorganiske forløpere. De kalles autotrofer, som betyr "selvmating". Faktisk avhenger produktiviteten til økosystemene av deres aktiviteter. Autotrofer blir også referert til som primærprodusenter. Organismer som er i stand til å produsere komplekse organiske molekyler fra enkle uorganiske stoffer (vann, CO2) tilhører oftest klassen av planter, men noen bakterier har samme evne. Prosessen der de syntetiserer organiske stoffer kalles fotokjemisk syntese. Som navnet antyder, krever fotosyntese sollys.
Vi bør også nevne veien kjent som kjemosyntese. Noen autotrofer, hovedsakelig spesialiserte bakterier, kan omdanne uorganiske næringsstoffer til organiske forbindelser uten tilgang til sollys. Det er flere grupper av kjemosyntetiske midlerbakterier i sjø og ferskvann, og de er spesielt vanlige i miljøer med høyt innhold av hydrogensulfid eller svovel. Som klorofyllbærende planter og andre organismer som er i stand til fotokjemisk syntese, er kjemosyntetiske organismer autotrofer. Imidlertid er produktiviteten til økosystemet snarere vegetasjonsaktiviteten, siden det er hun som er ansvarlig for akkumuleringen av mer enn 90% av organisk materiale. Kjemosyntese spiller en uforholdsmessig mindre rolle i dette.
I mellomtiden kan mange organismer bare få den energien de trenger ved å spise andre organismer. De kalles heterotrofer. I prinsippet inkluderer disse alle de samme plantene (de "spiser" også ferdig organisk materiale), dyr, mikrober, sopp og mikroorganismer. Heterotrofer kalles også "forbrukere".
Plantenes rolle
Som regel refererer ordet "produktivitet" i dette tilfellet til plantens evne til å lagre en viss mengde organisk materiale. Og dette er ikke overraskende, siden bare planteorganismer kan omdanne uorganiske stoffer til organiske. Uten dem ville selve livet på planeten vår være umulig, og derfor vurderes produktiviteten til økosystemet fra denne posisjonen. Generelt er spørsmålet ekstremt enkelt: så hvor mye organisk materiale kan planter lagre?
Hvilke biocenoser er mest produktive?
Merkelig nok, men menneskeskapte biocenoser er langt fra de mest produktive. Jungler, sumper, selva av store tropiske elver i denne forbindelseer langt fremme. I tillegg er det disse biocenosene som nøytraliserer en enorm mengde giftige stoffer, som igjen kommer inn i naturen som et resultat av menneskelig aktivitet, og produserer også mer enn 70% av oksygenet i atmosfæren på planeten vår. I mange lærebøker står det forresten fortsatt at jordens hav er den mest produktive «brødkurven». Merkelig nok, men denne uttalelsen er veldig langt fra sannheten.
Ocean Paradox
Vet du hva den biologiske produktiviteten til økosystemene i hav og hav sammenlignes med? Med semi-ørkener! Store volumer biomasse forklares med at det er vannvidder som opptar mesteparten av planetens overflate. Så den gjentatte spådde bruken av havet som hovedkilden til næringsstoffer for hele menneskeheten i de kommende årene er neppe mulig, siden den økonomiske gjennomførbarheten av dette er ekstremt lav. Den lave produktiviteten til denne typen økosystemer forringer imidlertid på ingen måte betydningen av havene for livet til alle levende ting, så de må beskyttes så nøye som mulig.
Moderne miljøvernere sier at jordbruksarealets muligheter langt fra er uttømt, og i fremtiden vil vi kunne få rikere avlinger fra dem. Det settes spesielle forhåpninger til rismarker, som kan produsere en enorm mengde verdifullt organisk materiale på grunn av deres unike egenskaper.
Grunnleggende informasjon om produktiviteten til biologiske systemer
Samlet økosystemproduktivitetbestemmes av hastigheten på fotosyntese og akkumulering av organiske stoffer i en bestemt biocenose. Massen av organisk materiale som skapes per tidsenhet kalles primærproduksjon. Det kan uttrykkes på to måter: enten i Joule, eller i den tørre massen av planter. Bruttoproduksjon er volumet skapt av planteorganismer i en viss tidsenhet, med en konstant hastighet av fotosynteseprosessen. Det bør huskes at en del av dette stoffet vil gå til den vitale aktiviteten til plantene selv. Det gjenværende organiske materialet er netto primærproduktivitet til økosystemet. Det er hun som går for å mate heterotrofer, som inkluderer deg og meg.
Er det en "øvre grense" for primærproduksjon?
Kort sagt, ja. La oss ta en rask titt på hvor effektiv prosessen med fotosyntese i prinsippet er. Husk at intensiteten av solstråling som når jordoverflaten er svært avhengig av plassering: maksimal energiavkastning er karakteristisk for ekvatorialsonene. Den avtar eksponentielt når den nærmer seg polene. Omtrent halvparten av solenergien reflekteres av is, snø, hav eller ørkener, og absorberes av gasser i atmosfæren. For eksempel absorberer ozonlaget i atmosfæren nesten all ultrafiolett stråling! Bare halvparten av lyset som treffer bladene til planter brukes i fotosyntesereaksjonen. Så den biologiske produktiviteten til økosystemene er resultatet av å konvertere en ubetydelig del av solens energi!
Hva er sekundærproduksjon?
Følgelig kalles sekundære produkterveksten av forbrukere (det vil si forbrukere) i en viss tidsperiode. Selvsagt avhenger produktiviteten til økosystemet i mye mindre grad av dem, men det er denne biomassen som spiller den viktigste rollen i menneskelivet. Det skal bemerkes at sekundære organiske stoffer beregnes separat på hvert trofiske nivå. Dermed er typene av økosystemproduktivitet delt inn i to typer: primær og sekundær.
Forholdet mellom primær- og sekundærproduksjon
Som du kanskje gjetter, er forholdet mellom biomasse og total plantemasse relativt lavt. Selv i jungelen og sumpene overstiger dette tallet sjelden 6,5 %. Jo flere urteaktige planter i samfunnet, jo høyere akkumulering av organisk materiale og jo større avvik.
Om hastigheten og volumet av dannelsen av organiske stoffer
Generelt er den begrensende hastigheten for dannelse av organisk materiale av primær opprinnelse helt avhengig av tilstanden til det fotosyntetiske apparatet til planter (PAR). Den maksimale verdien av fotosynteseeffektivitet, som ble oppnådd under laboratorieforhold, er 12 % av PAR-verdien. Under naturlige forhold anses en verdi på 5% som ekstremt høy og forekommer praktisk t alt ikke. Det antas at assimileringen av sollys på jorden ikke overstiger 0,1%.
Primærproduksjonsdistribusjon
Det bør bemerkes at produktiviteten til det naturlige økosystemet er ekstremt ujevnt over hele planeten. Den totale massen av alt organisk materiale som dannes årlig påjordoverflaten, er omtrent 150-200 milliarder tonn. Husker du hva vi sa om produktiviteten til havene ovenfor? Så, 2/3 av dette stoffet dannes på land! Bare forestill deg: gigantiske, utrolige volumer av hydrosfæren danner tre ganger mindre organisk materiale enn en liten del av landet, hvorav en stor del er ørkener!
Mer enn 90 % av det akkumulerte organiske materialet i en eller annen form brukes som mat for heterotrofe organismer. Bare en liten brøkdel av solenergien lagres i form av jordhumus (samt olje og kull, som dannes selv i dag). På vårt lands territorium varierer økningen i primær biologisk produksjon fra 20 centners per hektar (nær Polhavet) til mer enn 200 centners per hektar i Kaukasus. I ørkenområder overstiger ikke denne verdien 20 c/ha.
I prinsippet, på de fem varme kontinentene i vår verden, er produksjonsintensiteten praktisk t alt den samme, nesten: i Sør-Amerika akkumulerer vegetasjonen halvannen ganger mer tørrstoff, på grunn av utmerkede klimatiske forhold. Der er produktiviteten til naturlige og kunstige økosystemer maksimal.
Hva mater folk?
Omtrent 1,4 milliarder hektar på overflaten av planeten vår er plantasjer av kulturplanter som gir oss mat. Dette er omtrent 10 % av alle økosystemer på planeten. Merkelig nok, men bare halvparten av de resulterende produktene går direkte til menneskemat. Alt annet brukes som kjæledyrmat og går tilbehovene til industriell produksjon (ikke relatert til produksjon av matvarer). Forskere har slått alarm i lang tid: Produktiviteten og biomassen til planetens økosystemer kan ikke gi mer enn 50 % av menneskehetens behov for protein. Enkelt sagt lever halvparten av verdens befolkning under tilstander med kronisk proteinsult.
Biocenoser-rekordholdere
Som vi allerede har sagt, er ekvatoriale skoger preget av høyest produktivitet. Bare tenk på det: mer enn 500 tonn tørrstoff kan falle på en hektar med en slik biocenose! Og dette er langt fra grensen. I Brasil, for eksempel, produserer en hektar skog fra 1200 til 1500 tonn (!) organisk materiale per år! Bare tenk: det er opptil to centners organisk materiale per kvadratmeter! I tundraen på samme område dannes det ikke mer enn 12 tonn, og i skogene i midtbeltet - innen 400 tonn. Landbruksbedrifter i disse delene bruker aktivt dette: produktiviteten til et kunstig økosystem i form av et sukker stokkfelt, som kan akkumulere opptil 80 tonn tørrstoff per hektar, ingen andre steder kan fysisk gi slike avlinger. Orinoco- og Mississippi-buktene, samt noen områder i Tsjad, skiller seg imidlertid lite fra dem. Her «gir» økosystemene i ett år ut opptil 300 tonn stoffer per hektar areal!
Resultater
Evalueringen av produktiviteten bør derfor utføres på grunnlag av primærstoffet. Faktum er at sekundærproduksjon ikke er mer enn 10% av denne verdien, verdien svinger sterkt, og derfor en detaljert analysedenne indikatoren er rett og slett umulig.
