Biologische productiviteit van het ecosysteem

Elk jaar ontgooit een man steeds meer de middelen van de planeet. Het is niet verwonderlijk dat de raming van hoeveel middelen een bepaalde biocenose kan geven in de afgelopen jaren van groot belang is. Vandaag is de productiviteit van het ecosysteem van doorslaggevend belang bij het kiezen van de beheersmethode, aangezien de economische validiteit van het werk rechtstreeks afhankelijk is van de hoeveelheid producten die verkregen kunnen worden.

Hier zijn de belangrijkste problemen die wetenschappers vandaag tegenkomen:

• Hoeveel zonne-energie is beschikbaar en hoeveel wordt geassimileerd door planten, hoe wordt het gemeten?
• Welke soorten ecosystemen hebben de hoogste productiviteit en die produceren de meest primaire producten?
• Welke factoren beperken het aantal primaire producten lokaal en wereldwijd?
• Wat is de efficiëntie waarmee energie door planten wordt getransformeerd?
• Wat zijn de verschillen tussen assimilatie-efficiëntie, netto-output en milieuprestatie?
• Hoe verschillen ecosystemen in de hoeveelheid biomassa of in het volume van autotrofe organismen?
• Hoeveel energie is beschikbaar voor mensen en hoeveel gebruiken we?

We zullen proberen om ze tenminste gedeeltelijk te beantwoorden in het kader van dit artikel. Ten eerste gaan we om de basisbegrippen. Zo is de productiviteit van een ecosysteem het proces van accumulatie van organisch materiaal in een bepaald volume. Welke organismen zijn verantwoordelijk voor dit werk?

Autotrofen en heterotrofen

We weten dat sommige organismen in staat zijn organische moleculen te synthetiseren van anorganische precursoren. Ze worden autotrophs genoemd, wat "zelfvoeding" betekent. Eigenlijk hangt de productiviteit van ecosystemen af van hun activiteiten. Autotrofen worden ook aangeduid als primaire producenten. Organismen die complexe organische moleculen kunnen produceren uit eenvoudige anorganische stoffen (water, CO2), meestal behoren tot de klasse planten, maar sommige bacteriën hebben dezelfde eigenschappen. Het proces waarmee ze organische stof synthetiseren, heet fotochemische synthese. Zoals het niet moeilijk is om uit de titel te begrijpen, vereist fotosynthese de aanwezigheid van zonlicht.

We moeten ook het pad noemen die bekend staat als chemosynthese. Sommige autotrofen, vooral gespecialiseerde bacteriën, kunnen anorganische voedingsstoffen omzetten in organische verbindingen zonder toegang tot zonlicht. Er zijn verschillende groepen chemosynthetische bacteriën in zee en zoet water, en ze worden vooral vaak gevonden in omgevingen met een hoog gehalte aan waterstofsulfide of zwavel. Zoals chlorofylhoudende planten en andere organismen die in staat zijn tot fotochemische synthese, zijn chemosynthetische organismen autotrofen. De produktiviteit van het ecosysteem is echter waarschijnlijk de activiteit van vegetatie, aangezien het verantwoordelijk is voor de ophoping van meer dan 90% organisch materiaal. Chemosynthese speelt hierbij een onmiskenbaar kleiner rol.

Ondertussen kunnen veel organismen de nodige energie ontvangen, alleen door andere organismen te eten. Ze heet heterotrophs. In principe zijn ze allemaal dezelfde planten (ze eten ook de afgewerkte organische stof), dieren, microben, schimmels en micro-organismen. Heterotrophs worden ook wel "consumenten" genoemd.

De rol van planten

In principe betekent het woord "productiviteit" in dit geval het vermogen van planten om een bepaalde hoeveelheid organische stof op te slaan. En dit is niet verwonderlijk, omdat alleen plantenorganismen anorganische stoffen kunnen omzetten in organische stoffen. Zonder hen zou het leven op onze planeet onmogelijk zijn en daarom wordt de productiviteit van het ecosysteem vanuit deze positie bekeken. In het algemeen wordt de vraag heel simpel gezegd: hoeveel organische massa kunnen de planten opslaan?

Welke biocenoses zijn de meest productieve?

Vreemd genoeg, maar de kunstmatige biocenoses zijn verreweg de meest productieve. De jungle, moerassen en selva van grote tropische rivieren liggen hier in de verre voorbij. Bovendien zijn deze biocenoses die een enorme hoeveelheid giftige stoffen neutraliseren, die weer in de natuur komen als gevolg van menselijke activiteit, en produceren ook meer dan 70% van de zuurstof in de atmosfeer van onze planeet. Overigens staan er nog veel handboeken in dat de meest productieve "broodmand" de oceanen van de Aarde zijn. Vreemd genoeg is deze uitspraak zeer ver van de waarheid.

"Oceanische paradox"

Weet u met wat de biologische productiviteit van de ecosystemen van de zeeën en oceanen wordt vergeleken? Met halfwoestijnen! Grote hoeveelheden biomassa worden verklaard door het feit dat er waterruimten zijn die het grootste deel van de planeetoppervlak bezetten. Dus, het herhaaldelijk voorspelde gebruik van de zeeën als de belangrijkste voedingsbron voor de gehele mensheid in de komende jaren is nauwelijks mogelijk, aangezien de economische rechtvaardiging hiervoor zeer laag is. De lage productiviteit van dit soort ecosystemen doet echter niet afbreuk aan het belang van de oceanen voor het leven van alle levende dingen, zodat ze zo zorgvuldig mogelijk moeten worden bewaakt.

Moderne ecologen zeggen dat de mogelijkheden van landbouwgrond verre van uitgeput zijn, en in de toekomst zullen we meer overvloedig oogsten van hen kunnen krijgen. Speciale hoop op rijstvelden, die een enorme hoeveelheid waardevolle organische stoffen kunnen geven door hun unieke eigenschappen.

Basis informatie over de productiviteit van biologische systemen

In het algemeen wordt de productiviteit van het ecosysteem bepaald door de snelheid van fotosynthese en de accumulatie van organische stoffen in een bepaalde biocenose. Die massa organisch materiaal, dat per eenheid tijd wordt gecreëerd, heet primaire productie. Het kan op twee manieren worden uitgedrukt: hetzij in Joules of in een droge massa planten. Bruto-output is het volume ervan, dat door plantenorganismen wordt gecreëerd voor een bepaalde tijdsperiode, met een constante snelheid van fotosynthese. Men moet eraan herinneren dat een deel van deze stof naar de vitale activiteit van de planten gaat. De overige organische stoffen zijn de netto primaire productiviteit van het ecosysteem. Het is zij die de heterotrophs voedt, inclusief ons.

Is er een "bovengrens" van primaire producten?

Kortom, ja. Laten we kort nadenken hoe het proces van fotosynthese in principe effectief is . Onthoud dat de intensiteit van de zonnestraling die het oppervlak van de aarde bereikt, sterk afhankelijk is van de locatie: de maximale energie-output is kenmerkend voor de equatoriale zones. Het neemt exponentieel af als we de polen naderen. Ongeveer de helft van de zonne-energie wordt gereflecteerd door ijs, sneeuw, oceanen of woestijnen, wordt geabsorbeerd door gassen in de atmosfeer. Bijvoorbeeld absorbeert de ozonlaag van de atmosfeer bijna alle ultraviolette straling! Slechts de helft van het licht dat op de bladeren van planten valt, wordt gebruikt in de fotosynthetische reactie. Dus de biologische productiviteit van ecosystemen is het resultaat van het transformeren van een onbeduidend deel van de energie van de zon!

Wat is secundaire productie?

Bijgevolg wordt de secundaire productie de toename van consumenten (dwz consumenten) voor een bepaalde periode genoemd. Natuurlijk hangt de productiviteit van het ecosysteem in mindere mate af van hen, maar deze biomassa speelt een cruciale rol in het menselijk leven. Opgemerkt moet worden dat het secundaire organische materiaal afzonderlijk op elk trofisch niveau wordt geteld. Zo worden de types van ecosysteemproductiviteit verdeeld in twee typen: primair en secundair.

Verhouding van primaire en secundaire producten

Zoals u kunt raden, is de verhouding van biomassa en totale plantmassa relatief klein. Zelfs in de jungle en moerassen overschrijdt deze indicator zelden het niveau van 6,5%. Hoe meer grasrijke planten in de gemeenschap, hoe hoger de hoeveelheid accumulatie van organisch materiaal en hoe groter de discrepantie.

Op de snelheid en het volume van de vorming van organische stoffen

In het algemeen is de beperkende mate van vorming van organische stof van primaire oorsprong volledig afhankelijk van de toestand van het fotosynthetische apparaat van planten (FAP). De maximale waarde van fotosynthetische efficiëntie, die in het laboratorium werd behaald, bedraagt 12% van de waarde van de faag. Onder natuurlijke omstandigheden wordt een waarde van 5% als zeer hoog beschouwd en komt praktisch niet voor. Er wordt aangenomen dat op de Aarde de absorptie van zonlicht niet groter is dan 0,1%.

Distributie van primaire producten

Opgemerkt moet worden dat de productiviteit van het natuurlijke ecosysteem zeer ongelijk is over de hele wereld. De totale massa van alle organische stoffen, die jaarlijks op het oppervlak van de aarde wordt gevormd, bedraagt circa 150-200 miljard ton. Onthoud dat we gepraat over de productiviteit van de oceanen hierboven? Dus 2/3 van deze stof is op land gevormd! Stel je voor: de reusachtige, ongelofelijke volumes van de hydrosfeer vormen drie keer minder organisch dan het scheve deel van het land, waarvan er veel woestijn is!

Meer dan 90% van het geaccumuleerde organische materiaal in een of andere vorm gaat naar voedsel voor heterotrofe organismen. Slechts een onbelangrijk deel van de zonne-energie wordt opgeslagen in de vorm van bodem humus (evenals olie en kolen, waarvan de vorming zelfs vandaag is). Op het grondgebied van ons land varieert de stijging van de primaire biologische productie van 20 c / ha (nabij de Arctische Oceaan) tot meer dan 200 c / ha in de Kaukasus. In de woestijngebieden bedraagt deze waarde niet meer dan 20 q / ha.

In principe, op de vijf warme continenten van onze wereld, verschilt de intensiteit van de productie praktisch niet, bijna: in Zuid-Amerika verzamelt de vegetatie tijden een en een half keer meer dan droge stof, die het gevolg is van uitstekende klimatologische omstandigheden. Daar is de productiviteit van natuurlijke en kunstmatige ecosystemen maximaal.

Wat biedt voedsel voor mensen?

Ongeveer 1,4 miljard hectare bezetten op het oppervlak van onze planeet plantages van gekweekte planten, die ons voedsel geven. Dit is ongeveer 10% van alle ecosystemen van de planeet. Vreemd zoals het lijkt, gaat alleen de helft van de output direct naar het voedsel van mensen. De rest wordt gebruikt als huisdiervoer en voldoet aan de behoeften van de industriële productie (niet gerelateerd aan de productie van voedsel). Wetenschappers zijn al lang gewaarschuwd: de productiviteit en de biomassa van de ecosystemen van onze planeet kunnen niet meer dan 50% van de behoeften van de mens in het eiwit leveren. Simpel gezegd leeft de helft van de wereldbevolking in omstandigheden van chronische eiwithongersnood.

Biocenose-recordhouders

Zoals we al hebben gezegd, zijn equatoriale bossen het meest productieve. Denk maar eens: een hectare van zo'n biocenose kan meer dan 500 ton droge stof uitmaken! En dit is niet de limiet. In Brazilië produceert bijvoorbeeld een hectare bos van 1200 tot 1500 ton (!) Van organisch materiaal per jaar! Denk er maar aan: er zijn maximaal twee centers organisch materiaal per vierkante meter! In de toendra worden niet meer dan 12 ton in hetzelfde gebied gevormd, en in de bossen van de middelste riem binnen 400 ton. Dit wordt actief gebruikt door landbouwbedrijven in deze regio's: de productiviteit van een kunstmatig ecosysteem in de vorm van een suikerrietveld dat tot 80 ton droge stof kan accumuleren per Hectaar, nergens anders kunnen dergelijke oogsten niet fysiek worden gegeven. Echter, de Orinoco, Mississippi, en sommige gebieden van Tsjaad zijn een beetje anders dan hen. Hier in het jaar geven de ecosystemen maximaal 300 ton stof per hectare uit!

uitslagen

Zo moet de productiviteitsevaluatie worden uitgevoerd op basis van de primaire substantie. Het feit is dat de secundaire productie niet meer dan 10% van deze waarde bedraagt, de waarde ervan varieert sterk en daarom is het eenvoudig onmogelijk om een gedetailleerde analyse van deze indicator uit te voeren.