Біялагічная прадуктыўнасць экасістэмы

З кожным годам чалавек усё больш і больш высільвае рэсурсы планеты. Нядзіўна, што ў апошні час вялікае значэнне набывае ацэнка таго, як шмат рэсурсаў можа даць той ці іншай біяцэноз. Сёння прадуктыўнасць экасістэмы мае вырашальнае значэнне пры выбары спосабу гаспадарання, так як ад колькасці прадукцыі, якое можа быць атрымана, наўпрост залежыць эканамічная абгрунтаванасць работ.

Вось асноўныя пытанні, якія сёння стаяць перад навукоўцамі:

• Колькі сонечнай энергіі даступна і колькі асімілюецца раслінамі, як гэта вымеранае?
• У якіх тыпаў экасістэм самая высокая прадукцыйнасць і якія даюць больш за ўсё першаснай прадукцыі?
• Якія фактары абмяжоўваюць колькасць першаснай прадукцыі ў мясцовым маштабе і ва ўсім свеце?
• Якая эфектыўнасць, з якой энергія пераўтворыцца раслінамі?
• Якія адрозненні паміж эфектыўнасцю асіміляцыі, чыстай прадукцыі і экалагічнай эфектыўнасцю?
• Як экасістэмы адрозніваюцца па колькасці біямасы або аб'ёму аўтатрофныя арганізмаў?
• Колькі энергіі даступна людзям і колькі мы выкарыстоўваем?

Мы пастараемся хаця б часткова адказаць на іх у рамках гэтага артыкула. Па-першае, разбярэмся з асноўнымі паняццямі. Такім чынам, прадуктыўнасцю экасістэмы называецца працэс назапашвання арганічнага рэчыва ў пэўным аб'ёме. Якія ж арганізмы адказныя за гэтую працу?

Автотрофей і гетеротрофы

Мы ведаем, што некаторыя арганізмы здольныя да сінтэзавання арганічных малекул з неарганічных папярэднікаў. Іх называюць Автотрофей, што азначае "самокормление". Уласна, прадуктыўнасць экасістэм залежыць менавіта ад іх дзейнасці. Автотрофей таксама згадваюцца як першасныя прадуцэнты. Арганізмы, якія ў стане вырабляць складаныя арганічныя малекулы з простых неарганічных рэчываў (вада, CO2), часцей за ўсё ставяцца да класа раслін, а тымі ж здольнасцямі валодаюць некаторыя бактэрыі. Працэс, пры дапамозе якога яны сінтэзуюць арганіку, называецца фотахімічных сінтэзам. Як няцяжка зразумець з назвы, фотасінтэз патрабуе наяўнасці сонечнага святла.

Мы таксама павінны згадаць шлях, вядомы як хемосинтез. Некаторыя Автотрофей, галоўным чынам спецыялізаваныя бактэрыі, могуць пераўтварыць неарганічныя пажыўныя рэчывы ў арганічныя злучэнні без доступу сонечнага святла. Ёсць некалькі груп хемосинтезирующих бактэрый ў марской і прэснай вадзе, прычым асабліва часта яны сустракаюцца ў асяроддзях з павышаным утрыманнем серавадароду або серы. Як хлорофиллоносные расліны і іншыя арганізмы, здольныя да фотахімічных сінтэзу, хемосинтетические арганізмы - Автотрофей. Зрэшты, прадуктыўнасцю экасістэмы называецца хутчэй дзейнасць расліннасці, бо менавіта яна адказвае за назапашванне больш за 90% арганічнага рэчыва. Хемосинтез гуляе ў гэтым несувымерна меншую ролю.

Між тым, многія арганізмы могуць атрымліваць неабходную энергію, толькі сілкуючыся іншымі арганізмамі. Іх называюць гетеротрофами. У прынцыпе, да іх адносяцца ўсе тыя ж расліны (яны таксама «ядуць» гатовую арганіку), жывёлы, мікробы, грыбы і мікраарганізмы. Гетеротрофов таксама называюць «спажыўцамі».

роля раслін

Як правіла, пад словам «прадуктыўнасць» ў гэтым выпадку разумеецца здольнасць раслін запасіць пэўную колькасць арганічнага рэчыва. І ў гэтым няма нічога дзіўнага, так як толькі раслінныя арганізмы могуць пераўтвараць неарганічныя рэчывы ў арганічныя. Без іх само жыццё на нашай планеце была б немагчымая, а таму і прадуктыўнасць экасістэмы разглядаецца з гэтай пазіцыі. Увогуле, пытанне ставіцца вельмі проста: так якую масу арганічнага рэчывы здольныя назапасіць расліны?

Якія біяцэнозы з'яўляюцца найбольш прадуктыўнымі?

Як ні дзіўна, але створаныя чалавекам біяцэнозы з'яўляюцца далёка не самымі прадуктыўнымі. Джунглі, балоты, сельвы буйных трапічных рэк у гэтым плане іх далёка апярэджваюць. Акрамя таго, менавіта гэтыя біяцэнозы абясшкоджваюць велічэзная колькасць таксічных рэчываў, якія, зноў-такі, трапляюць у прыроду ў выніку чалавечай дзейнасці, а таксама выпрацоўваюць больш за 70% кіслароду, які змяшчаецца ў атмасферы нашай планеты. Дарэчы, у многіх падручніках дагэтуль сцвярджаецца, што найбольш прадуктыўнай «жытніцай» з'яўляюцца акіяны Зямлі. Як ні дзіўна, але гэта зацвярджэнне вельмі далёка ад ісціны.

«Акіянічнай парадокс»

Ведаеце, з чым параўноўваецца біялагічная прадуктыўнасць экасістэм мораў і акіянаў? З паўпустыні! Вялікія ж аб'ёмы біямасы тлумачацца тым, што менавіта водныя прасторы займаюць большую частку паверхні планеты. Так што неаднаразова прадказанае выкарыстанне мораў ў якасці асноўнай крыніцы пажыўных рэчываў для ўсяго чалавецтва ў бліжэйшыя гады наўрад ці магчыма, так як эканамічная абгрунтаванасць падобнага вельмі нізкая. Зрэшты, нізкая прадуктыўнасць экасістэм гэтага тыпу ні ў якай меры не прымяншае важнасці акіянаў для жыцця ўсяго жывога, так што іх трэба ахоўваць як мага больш старанна.

Сучасныя эколагі кажуць, што магчымасці сельскагаспадарчых угоддзяў далёка не вычарпаны, і ў будучыні мы зможам атрымліваць з іх больш багатыя ўраджаі. Асаблівыя надзеі ўскладаюць на рысавыя палі, якія могуць даваць велізарная колькасць каштоўнай арганікі за кошт сваіх унікальных характарыстык.

Асноўныя звесткі пра прадуктыўнасць біялагічных сістэм

У агульным і цэлым прадуктыўнасць экасістэмы вызначаецца хуткасцю фотасінтэзу і назапашвання арганічных рэчываў у тым ці іншым біяцэнозе. Тая маса арганікі, якая ствараецца за адзінку часу, завецца першаснай прадукцыяй. Выказаць яе можна двума спосабамі: або ў джоўль, ці ж у сухой масе раслін. Валавы прадукцыяй называецца яе аб'ём, створаны расліннымі арганізмамі за пэўную адзінку часу, пры сталай хуткасці працэсу фотасінтэзу. Варта памятаць, што частка гэтага рэчыва пойдзе на жыццядзейнасць саміх раслін. Астатняя пасля гэтага арганіка - чыстая першасная прадуктыўнасць экасістэмы. Менавіта яна ідзе на харчаванне гетеротрофов, да ліку якіх ставімся і мы з вамі.

Ці ёсць «верхняя мяжа» першаснай прадукцыі?

Калі казаць коратка, то "так". Давайце сцісла разгледзім, наколькі ў прынцыпе эфектыўны працэс фотасінтэзу. Узгадайце, што інтэнсіўнасць сонечнай радыяцыі, якая дасягае паверхні зямлі, моцна залежыць ад месцазнаходжання: максімальная энергетычная аддача характэрная для экватарыяльных зон. Яна памяншаецца па экспаненце па меры набліжэння да канцавоссяў. Прыкладна палова сонечнай энергіі адлюстроўваецца лёдам, снегам, акіянамі або пусткамі, паглынаецца газамі ў атмасферы. Напрыклад, пласт азону атмасферы абсарбуе амаль усе ультрафіялетавае выпраменьванне! Толькі палова святла, які трапляе на лісце раслін, выкарыстоўваецца ў рэакцыі фотасінтэзу. Так што біялагічная прадуктыўнасць экасістэм - вынік пераўтварэнні нікчэмнай часткі энергіі сонца!

Што такое другасная прадукцыя?

Адпаведна, другаснай прадукцыяй называецца прырост консументов (гэта значыць спажыўцоў) за нейкі вызначаны прамежак часу. Вядома, прадуктыўнасць экасістэмы ад іх залежыць у нашмат меншай ступені, але менавіта гэтая біямаса гуляе найважную ролю ў жыцці чалавека. Варта ўлічыць, што другасную арганіку асобна падлічваюць на кожным трафічныя узроўні. Такім чынам, віды прадуктыўнасці экасістэмы дзеляцца на два тыпу: першасны і другасны.

Суадносіны першаснай і другаснай прадукцыі

Як можна здагадацца, суадносіны біямасы і агульнай расліннай масы параўнальна невялікая. Нават у джунглях і балотах гэты паказчык рэдка перавышае адзнаку ў 6,5%. Чым больш травяністых раслін у супольнасці, тым вышэй хуткасць назапашвання арганікі і тым больш значныя разыходжанне.

Аб хуткасці і аб'ёмах адукацыі арганічных рэчываў

Наогул лімітавая хуткасць адукацыі арганічнага рэчыва першаснага паходжання цалкам залежыць ад стану фотасінтэтычным апарата раслін (ФАР). Максімальнае значэнне эфектыўнасці фотасінтэзу, якое было дасягнута ў лабараторных умовах, складае 12% ад велічыні ФАР. У прыродных жа ўмовах і значэнне ў 5% лічыцца гранічна высокім і практычна не сустракаецца. Лічыцца, што на Зямлі засваенне сонечнага святла не перавышае 0,1%.

Размеркаванне першаснай прадукцыі

Варта адзначыць, што прадуктыўнасць прыроднай экасістэмы - штука вельмі нераўнамерная ў маштабах усёй планеты. Агульная маса ўсяго арганічнага рэчыва, якое штогод утвараецца на паверхні Зямлі, складае парадку 150-200 млрд тон. Памятаеце, што мы гаварылі пра прадуктыўнасць акіянаў вышэй? Дык вось, 2/3 гэтага рэчыва ўтвараюцца на сушы! Толькі ўявіце сабе: гіганцкія, неймаверныя аб'ёмы гідрасферы ўтвараюць у тры разы менш арганікі, чым мізэрная частка сушы, немалую частку якой ўяўляюць пустыні!

Больш за 90% назапашанай арганікі ў тым ці іншым выглядзе ідзе на ежу гетеротрофные арганізмам. Толькі нікчэмная частка сонечнай энергіі запасіцца ў выглядзе глебавага перагною (а таксама нафты і вугалю, адукацыя якіх ідзе нават сёння). На тэрыторыі нашай краіны прырост першаснай біялагічнай прадукцыі вар'іруе ад 20 ц / га (блізу Паўночнага Ледавітага акіяна) да больш за 200 ц / га на Каўказе. У пустэльных абласцях гэта велічыня не перавышае 20 ц / га.

У прынцыпе, на пяці цёплых кантынентах нашага свету інтэнсіўнасць продуцірованіе практычна не адрозніваецца, амаль: у Паўднёвай Амерыцы расліннасць назапашвае разу ў паўтара больш сухога рэчыва, што абумоўлена выдатнымі кліматычнымі ўмовамі. Там прадуктыўнасць прыродных і штучных экасістэм максімальная.

Што забяспечвае харчаванне людзей?

Прыблізна за 1,4 млрд Га займаюць на паверхні нашай планеты плантацыі культывуюцца чалавекам раслін, якія забяспечваюць нас з вамі ежай. Гэта - прыблізна 10% ад усіх экасістэм планеты. Як ні дзіўна, але толькі палова атрыманай прадукцыі ідзе непасрэдна на ежу народу. Усё астатняе выкарыстоўваецца ў якасці корму для хатніх жывёл і ідзе на патрэбы прамысловай вытворчасці (не адносіцца да выпуску прадуктаў харчавання). Навукоўцы ўжо даўно б'юць трывогу: прадуктыўнасць і біямаса экасістэм нашай планеты здольныя забяспечыць не больш за 50% патрэбаў чалавецтва ў бялку. Прасцей кажучы, палова насельніцтва планеты жыве ва ўмовах хранічнага бялковага галадання.

Біяцэнозы-рэкардсмены

Як мы ўжо і казалі, найбольшай прадуктыўнасцю характарызуюцца экватарыяльныя лясы. Толькі ўдумайцеся: на адзін гектар такога біяцэнозу можа прыходзіцца больш за 500 тон сухога рэчыва! І гэта далёка не мяжа. У Бразіліі, да прыкладу, адзін гектар лесу прадукуе ад 1200 да 1500 тон (!) Арганічнага рэчыва за год! Удумайцеся толькі: на квадратны метр прыпадае да двух цэнтнераў арганікі! У тундрах на той жа плошчы утворыцца не больш за 12 т, а ў лясах сярэдняй паласы - у межах 400 т. Гэтым актыўна карыстаюцца сельскагаспадарчыя гаспадаркі ў тых краях: прадуктыўнасць штучнай экасістэмы ў выглядзе поля цукровага трыснёга, які можа сабраць да 80 тон сухога рэчыва на гектар, больш нідзе такіх ураджаяў не зможа даць фізічна. Зрэшты, слаба адрозніваюцца ад іх залівы Арынока, Місісіпі, а таксама некаторыя вобласці Чада. Тут за год экасістэмы «выдаюць» да 300 тон рэчыва на гектар плошчы!

вынікі

Такім чынам, ацэнку прадуктыўнасці варта праводзіць менавіта па першасным рэчыву. Справа ў тым, што другасная прадукцыя складае не больш за 10% ад гэтага значэння, яе велічыня моцна вагаецца, а таму рабіць падрабязны аналіз гэтага паказчыка папросту немагчыма.