Kiekvienais metais žmonės vis labiau eikvoja planetos išteklius. Nenuostabu, kad pastaruoju metu labai svarbu įvertinti, kiek išteklių gali suteikti konkreti biocenozė. Šiandien ekosistemos produktyvumas turi lemiamą reikšmę renkantis valdymo būdą, nes ekonominis darbo pagrįstumas tiesiogiai priklauso nuo produkcijos kiekio, kurį galima gauti.
Štai pagrindiniai klausimai, su kuriais šiandien susiduria mokslininkai:
- Kiek saulės energijos yra ir kiek jos pasisavina augalai, kaip ji matuojama?
- Kokių tipų ekosistemos yra produktyviausios ir gamina daugiausiai pirminės produkcijos?
- Kokie veiksniai riboja pirminę gamybą vietoje ir visame pasaulyje?
- Kokiu efektyvumu augalai konvertuoja energiją?
- Kuo skiriasi efektyvumasasimiliacija, švaresnė gamyba ir ekologiškumas?
- Kuo ekosistemos skiriasi biomasės kiekiu ar autotrofinių organizmų tūriu?
- Kiek energijos turi žmonės ir kiek mes sunaudojame?
Pabandysime bent iš dalies į juos atsakyti šiame straipsnyje. Pirma, panagrinėkime pagrindines sąvokas. Taigi, ekosistemos produktyvumas yra organinių medžiagų kaupimosi tam tikrame tūryje procesas. Kokie organizmai yra atsakingi už šį darbą?
Autotrofai ir heterotrofai
Žinome, kad kai kurie organizmai gali sintetinti organines molekules iš neorganinių pirmtakų. Jie vadinami autotrofais, o tai reiškia „savaime maitinasi“. Tiesą sakant, ekosistemų produktyvumas priklauso nuo jų veiklos. Autotrofai taip pat vadinami pirminiais gamintojais. Organizmai, gebantys pagaminti sudėtingas organines molekules iš paprastų neorganinių medžiagų (vandens, CO2), dažniausiai priklauso augalų klasei, tačiau kai kurios bakterijos turi tokį patį gebėjimą. Procesas, kurio metu jie sintetina organines medžiagas, vadinamas fotochemine sinteze. Kaip rodo pavadinimas, fotosintezei reikia saulės šviesos.
Taip pat turėtume paminėti kelią, žinomą kaip chemosintezė. Kai kurie autotrofai, daugiausia specializuotos bakterijos, gali neorganines maistines medžiagas paversti organiniais junginiais, nepatekdami į saulės šviesą. Yra keletas chemosintetinių medžiagų grupiųbakterijų jūroje ir gėlame vandenyje, o jos ypač paplitusios aplinkoje, kurioje daug sieros vandenilio ar sieros. Kaip ir chlorofilą turintys augalai ir kiti organizmai, galintys fotochemiškai sintezuoti, chemosintetiniai organizmai yra autotrofai. Tačiau ekosistemos produktyvumas yra greičiau augmenijos veikla, nes būtent ji yra atsakinga už daugiau nei 90% organinių medžiagų kaupimąsi. Chemosintezė atlieka neproporcingai mažesnį vaidmenį.
Tuo tarpu daugelis organizmų gali gauti reikiamos energijos tik valgydami kitus organizmus. Jie vadinami heterotrofais. Iš esmės tai apima visus tuos pačius augalus (jie taip pat „valgo“paruoštas organines medžiagas), gyvūnus, mikrobus, grybus ir mikroorganizmus. Heterotrofai taip pat vadinami „vartotojais“.
Augalų vaidmuo
Paprastai žodis „produktyvumas“šiuo atveju reiškia augalų gebėjimą kaupti tam tikrą organinių medžiagų kiekį. Ir tai nenuostabu, nes tik augalų organizmai gali neorganines medžiagas paversti organinėmis. Be jų gyvybė mūsų planetoje būtų neįmanoma, todėl ekosistemos produktyvumas vertinamas iš šios pozicijos. Apskritai klausimas labai paprastas: kiek organinės medžiagos gali sukaupti augalai?
Kokios biocenozės yra produktyviausios?
Kaip bebūtų keista, bet žmogaus sukurtos biocenozės toli gražu nėra pačios produktyviausios. Šiuo atžvilgiu džiunglės, pelkės, didelių atogrąžų upių selvayra toli priekyje. Be to, šios biocenozės neutralizuoja didžiulį kiekį toksinių medžiagų, kurios vėl patenka į gamtą dėl žmogaus veiklos, taip pat gamina daugiau nei 70% deguonies, esančio mūsų planetos atmosferoje. Beje, daugelyje vadovėlių iki šiol rašoma, kad Žemės vandenynai yra produktyviausias „duonos krepšelis“. Kaip bebūtų keista, bet šis teiginys labai toli nuo tiesos.
„Vandenyno paradoksas“
Ar žinote, su kuo lyginamas jūrų ir vandenynų ekosistemų biologinis produktyvumas? Su pusdykumėmis! Dideli biomasės kiekiai paaiškinami tuo, kad būtent vandens platybės užima didžiąją planetos paviršiaus dalį. Taigi ne kartą prognozuojamas jūrų, kaip pagrindinio visos žmonijos maistinių medžiagų š altinio, panaudojimas ateinančiais metais vargu ar įmanomas, nes ekonominis to pagrįstumas yra labai mažas. Tačiau mažas tokio tipo ekosistemų produktyvumas jokiu būdu nesumenkina vandenynų svarbos visų gyvų būtybių gyvenimui, todėl juos reikia saugoti kiek įmanoma atidžiau.
Šiuolaikiniai aplinkosaugininkai sako, kad žemės ūkio paskirties žemės galimybės toli gražu neišsemtos ir ateityje iš jų galėsime sulaukti gausesnio derliaus. Ypatingos viltys dedamos į ryžių laukus, kurie dėl savo unikalių savybių gali pagaminti daug vertingos organinės medžiagos.
Pagrindinė informacija apie biologinių sistemų produktyvumą
Bendras ekosistemos produktyvumaslemia fotosintezės greitis ir organinių medžiagų kaupimasis konkrečioje biocenozėje. Organinių medžiagų masė, kuri susidaro per laiko vienetą, vadinama pirmine gamyba. Jis gali būti išreikštas dviem būdais: arba džauliais, arba sausa augalų mase. Bendroji produkcija yra jos tūris, kurį augalų organizmai sukuria per tam tikrą laiko vienetą, esant pastoviam fotosintezės proceso greičiui. Reikėtų atsiminti, kad dalis šios medžiagos bus skirta pačių augalų gyvybinei veiklai. Likusi organinė medžiaga yra grynasis pirminis ekosistemos produktyvumas. Būtent ji eina maitinti heterotrofų, tarp kurių yra tu ir aš.
Ar yra pirminės gamybos „viršutinė riba“?
Trumpai tariant, taip. Greitai pažiūrėkime, koks iš esmės efektyvus yra fotosintezės procesas. Prisiminkime, kad saulės spinduliuotės, pasiekiančios žemės paviršių, intensyvumas labai priklauso nuo vietos: maksimali energijos grąža būdinga pusiaujo zonoms. Artėjant prie ašigalių jis mažėja eksponentiškai. Maždaug pusę saulės energijos atspindi ledas, sniegas, vandenynai ar dykumos ir sugeria atmosferoje esančios dujos. Pavyzdžiui, atmosferos ozono sluoksnis sugeria beveik visą ultravioletinę spinduliuotę! Fotosintezės reakcijai sunaudojama tik pusė šviesos, kuri patenka į augalų lapus. Taigi biologinis ekosistemų produktyvumas yra nereikšmingos saulės energijos dalies pavertimo rezultatas!
Kas yra antrinė gamyba?
Atitinkamai antriniai produktai vadinamivartotojų (tai yra vartotojų) augimas tam tikrą laikotarpį. Žinoma, nuo jų daug mažiau priklauso ekosistemos produktyvumas, tačiau būtent ši biomasė atlieka svarbiausią vaidmenį žmogaus gyvenime. Reikėtų pažymėti, kad antrinės organinės medžiagos skaičiuojamos atskirai kiekviename trofiniame lygyje. Taigi, ekosistemų produktyvumo tipai skirstomi į du tipus: pirminį ir antrinį.
Pirminės ir antrinės gamybos santykis
Kaip galite atspėti, biomasės ir visos augalų masės santykis yra palyginti mažas. Net džiunglėse ir pelkėse šis skaičius retai viršija 6,5%. Kuo daugiau bendrijoje žolinių augalų, tuo didesnis organinių medžiagų kaupimosi greitis ir didesnis neatitikimas.
Apie organinių medžiagų susidarymo greitį ir tūrį
Apskritai ribinis pirminės kilmės organinių medžiagų susidarymo greitis visiškai priklauso nuo augalų fotosintezės aparato (PAR) būklės. Maksimali fotosintezės efektyvumo reikšmė, kuri buvo pasiekta laboratorinėmis sąlygomis, yra 12% PAR vertės. Natūraliomis sąlygomis 5% vertė yra laikoma itin didele ir praktiškai nebūna. Manoma, kad Žemėje saulės šviesos asimiliacija neviršija 0,1%.
Pirminis gamybos platinimas
Reikėtų pažymėti, kad natūralios ekosistemos produktyvumas yra labai netolygus visoje planetoje. Bendra visų organinių medžiagų masė, kuri susidaro kasmetŽemės paviršiaus, yra apie 150-200 milijardų tonų. Prisiminkite, ką sakėme apie vandenynų produktyvumą aukščiau? Taigi, 2/3 šios medžiagos susidaro sausumoje! Įsivaizduokite: milžiniški, neįtikėtini hidrosferos tūriai sudaro tris kartus mažiau organinių medžiagų nei mažoje žemės dalyje, kurios didžioji dalis yra dykumos!
Daugiau nei 90 % sukauptų organinių medžiagų viena ar kita forma naudojama kaip heterotrofinių organizmų maistas. Tik nedidelė saulės energijos dalis yra sukaupta dirvožemio humuso (taip pat naftos ir anglies, kurios susidaro ir šiandien) pavidalu. Mūsų šalies teritorijoje pirminės biologinės produkcijos padidėjimas svyruoja nuo 20 centnerių iš hektaro (prie Arkties vandenyno) iki daugiau nei 200 centnerių iš hektaro Kaukaze. Dykumose ši vertė neviršija 20 c/ha.
Iš esmės penkiuose šiltuose mūsų pasaulio žemynuose gamybos intensyvumas praktiškai nesiskiria, beveik: Pietų Amerikoje dėl puikių klimato sąlygų augalija sukaupia pusantro karto daugiau sausųjų medžiagų. Ten natūralių ir dirbtinių ekosistemų produktyvumas yra maksimalus.
Kas maitina žmones?
Maždaug 1,4 milijardo hektarų mūsų planetos paviršiuje yra kultūrinių augalų plantacijos, aprūpinančios mus maistu. Tai yra maždaug 10% visų planetos ekosistemų. Kaip bebūtų keista, bet tik pusė gautų produktų patenka tiesiai į žmonių maistą. Visa kita naudojama kaip naminių gyvūnėlių maistas ir tinkapramoninės gamybos poreikiai (nesusiję su maisto produktų gamyba). Mokslininkai jau seniai skambina pavojaus varpais: mūsų planetos ekosistemų produktyvumas ir biomasė gali patenkinti ne daugiau kaip 50% žmonijos b altymų poreikio. Paprasčiau tariant, pusė pasaulio gyventojų gyvena lėtinio b altymų bado sąlygomis.
Biocenozės-rekordininkai
Kaip jau minėjome, didžiausiu produktyvumu pasižymi pusiaujo miškai. Tik pagalvokite: viename tokios biocenozės hektare gali iškristi daugiau nei 500 tonų sausųjų medžiagų! Ir tai toli gražu ne riba. Pavyzdžiui, Brazilijoje per metus viename hektare miško pagaminama nuo 1200 iki 1500 tonų (!) organinės medžiagos! Tik pagalvokite: viename kvadratiniame metre yra iki dviejų centnerių organinės medžiagos! Tundroje tame pačiame plote susidaro ne daugiau kaip 12 tonų, o vidurinės juostos miškuose - per 400 tonų. Tų dalių žemės ūkio įmonės tai aktyviai naudoja: dirbtinės ekosistemos produktyvumą cukraus pavidalu. cukranendrių lauko, kuriame gali sukaupti iki 80 tonų sausųjų medžiagų iš hektaro, niekur kitur fiziškai tokio derliaus nepavyksta duoti. Tačiau Orinoko ir Misisipės įlankos, taip pat kai kurios Čado sritys nuo jų mažai skiriasi. Čia per metus ekosistemos „išduoda“iki 300 tonų medžiagų vienam hektarui ploto!
Rezultatai
Todėl produktyvumo vertinimas turėtų būti atliekamas remiantis pagrindine medžiaga. Faktas yra tas, kad antrinė gamyba sudaro ne daugiau kaip 10% šios vertės, jos vertė labai svyruoja, todėl reikia atlikti išsamią analizę.šis rodiklis tiesiog neįmanomas.
