Biologische Produktivität des Ökosystems

Jedes Jahr ein Mann mehr und mehrerschöpft die Ressourcen des Planeten. Es ist nicht verwunderlich, dass in den letzten Jahren eine enorme Bedeutung zu beurteilen, wie viele Ressourcen einer bestimmten Biozönose geben kann. Heute Ökosystem Produktivität ist entscheidend, wenn die Art der Verwaltung der Wahl, da die Anzahl der Produkte, die direkt wirtschaftliche Machbarkeit Arbeit hängt erhalten werden können.

Hier sind die wichtigsten Fragen, denen Wissenschaftler heute gegenüberstehen:

• Wie viel Solarenergie ist verfügbar und wie viel wird von Pflanzen aufgenommen, wie wird sie gemessen?
• Welche Arten von Ökosystemen haben die höchste Produktivität und welche produzieren die meisten Primärprodukte?
• Welche Faktoren begrenzen die Anzahl der Primärprodukte lokal und global?
• Mit welcher Effizienz wird die Energie von Pflanzen umgewandelt?
• Was sind die Unterschiede zwischen der Effektivität von Assimilation, sauberer Produktion und Umweltleistung?
• Wie unterscheiden sich Ökosysteme in der Menge an Biomasse oder in der Menge autotropher Organismen?
• Wie viel Energie steht den Menschen zur Verfügung und wie viel nutzen wir?

Wir werden versuchen, sie zumindest teilweise zu beantwortenRahmen dieses Artikels. Zuerst werden wir uns mit den grundlegenden Konzepten beschäftigen. Die Produktivität eines Ökosystems ist also der Prozess der Akkumulation von organischer Substanz in einem bestimmten Volumen. Welche Organismen sind für diese Arbeit verantwortlich?

Autotrophe und Heterotrophe

Wir wissen, dass einige Organismen dazu in der Lage sindSynthese von organischen Molekülen aus anorganischen Vorläufern. Sie sind autotrophs genannt, „Selbst-Fütterung“ bedeutet. In der Tat hängt die Produktivität von Ökosystemen genau auf ihren Aktivitäten. Autotrophe werden auch als Primärproduzenten bezeichnet. Organismen, die komplexe organische Moleküle, die aus einfachen anorganischen Substanzen (Wasser, CO2) zu erzeugen, sind in der Lage, die meisten gehören zur Klasse der Pflanzen, aber die gleichen Fähigkeiten von einigen Bakterien besitzen. Der Prozess, durch den sie organische Stoffe synthetisieren, photochemischen Synthese genannt. Wie es ist leicht aus dem Namen zu verstehen, erfordert Photosynthese Sonnenlicht.

Wir sollten auch die Art nennen, die als bekannt istChemosynthese. Einige autotrophs hauptsächlich Bakterien spezialisiert, die anorganische Nährstoffe in der organischen Verbindung ohne Sonnenlicht Zugang umwandeln kann. Es gibt mehrere Gruppen von chemosynthetischen Bakterien in Meer- und Süßwasser, und meistens sind sie in Umgebungen mit einem hohen Gehalt an Schwefelwasserstoff oder Schwefel gefunden. Wie Chlorophyll Pflanzen und anderen Organismen fähig photochemischen Synthese, chemosynthetischen Organismen - autotrophs. Allerdings rief die Produktivität des Ökosystems der meisten Aktivitäten der Vegetation, da es für die Anhäufung von mehr als 90% organischer Substanz verantwortlich ist. Chemosynthese spielt eine unverhältnismäßig geringere Rolle.

Inzwischen können viele Organismen erhaltennotwendige Energie, nur auf andere Organismen füttern. Sie werden Heterotrophe genannt. Im Prinzip sind sie alle die gleichen Pflanzen (sie "essen" auch die fertigen organischen Stoffe), Tiere, Mikroben, Pilze und Mikroorganismen. Heterotrophe werden auch "Konsumenten" genannt.

Die Rolle von Pflanzen

In der Regel das Wort "Produktivität" in diesemUnter dem Fall versteht man die Fähigkeit von Pflanzen, eine bestimmte Menge organischer Substanz zu speichern. Und das ist nicht überraschend, da nur Pflanzenorganismen anorganische Substanzen in organische Substanzen umwandeln können. Ohne sie wäre das Leben auf unserem Planeten unmöglich und deshalb wird die Produktivität des Ökosystems von dieser Position aus betrachtet. Im Allgemeinen wird die Frage sehr einfach gestellt: Wie viel Masse organischer Substanz können die Pflanzen speichern?

Welche Biozönosen sind am produktivsten?

Seltsamerweise, aber von Menschen gemachte Biozönosensind bei weitem nicht die produktivsten. Der Dschungel, die Moore und Selva der großen tropischen Flüsse sind ihnen in dieser Hinsicht weit voraus. Darüber hinaus neutralisieren diese Biozönosen eine große Menge toxischer Substanzen, die wiederum durch menschliche Aktivitäten in die Natur gelangen und mehr als 70% des in der Atmosphäre unseres Planeten enthaltenen Sauerstoffs produzieren. Übrigens sagen viele Lehrbücher immer noch, dass die produktivsten "Brotkörbe" die Ozeane der Erde sind. Seltsamerweise ist diese Aussage sehr weit von der Wahrheit entfernt.

"Ozeanisches Paradox"

Weißt du, mit was für biologischenProduktivität der Ökosysteme der Meere und Ozeane? Mit Halbwüsten! Die großen Mengen an Biomasse erklären sich dadurch, dass die Wasserräume den größten Teil der Erdoberfläche einnehmen. Die mehrfach prognostizierte Nutzung der Meere als Hauptnährstoffquelle für die gesamte Menschheit in den kommenden Jahren ist daher kaum möglich, da die ökonomische Rechtfertigung hierfür äußerst gering ist. Die geringe Produktivität von Ökosystemen dieser Art beeinträchtigt jedoch in keiner Weise die Bedeutung der Ozeane für das Leben aller Lebewesen, so dass sie so sorgfältig wie möglich geschützt werden müssen.

Moderne Umweltschützer sagen diese MöglichkeitenAckerland ist noch lange nicht erschöpft, und in Zukunft werden wir mehr ernten können. Besondere Hoffnungen werden auf Reisfelder gesetzt, die aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eine enorme Menge an organischem Material abgeben können.

Grundlegende Informationen über die Produktivität von biologischen Systemen

Im Allgemeinen die Produktivität des Ökosystemswird durch die Photosyntheserate und die Akkumulation organischer Substanzen in einer bestimmten Biozönose bestimmt. Diese Masse an organischer Materie, die pro Zeiteinheit entsteht, wird Primärproduktion genannt. Es kann auf zwei Arten ausgedrückt werden: entweder in Joules oder in einer trockenen Masse von Pflanzen. Die Bruttoproduktion ist ihr Volumen, das von Pflanzenorganismen für eine bestimmte Zeiteinheit bei konstanter Photosyntheserate erzeugt wird. Es sollte daran erinnert werden, dass ein Teil dieser Substanz zur lebenswichtigen Aktivität der Pflanzen selbst gehört. Die verbleibenden organischen Stoffe sind die primäre Nettoproduktivität des Ökosystems. Sie ist es, die auf die Ernährung von Heterotrophs eingeht, einschließlich uns.

Gibt es eine "Obergrenze" für die Primärproduktion?

Kurz gesagt, ja. Lassen Sie uns kurz überlegen, wie der Prozess der Photosynthese im Prinzip effektiv ist. Man erinnere sich, dass die Intensität der Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, stark ortsabhängig ist: Die maximale Energieeffizienz ist charakteristisch für äquatoriale Zonen. Sie nimmt exponentiell ab, wenn wir uns den Polen nähern. Etwa die Hälfte der Sonnenenergie wird von Eis, Schnee, Ozeanen oder Wüsten reflektiert und von Gasen in der Atmosphäre absorbiert. Zum Beispiel absorbiert die Ozonschicht der Atmosphäre fast die gesamte ultraviolette Strahlung! Nur die Hälfte des Lichts, das auf die Blätter von Pflanzen fällt, wird für die photosynthetische Reaktion verwendet. Daher ist die biologische Produktivität von Ökosystemen das Ergebnis der Umwandlung eines unbedeutenden Teils der Sonnenenergie!

Was ist Sekundärproduktion?

Dementsprechend werden die Nebenprodukte genanntdas Wachstum der Verbraucher (dh der Verbraucher) für einen bestimmten Zeitraum. Natürlich hängt die Produktivität des Ökosystems in viel geringerem Maße von ihnen ab, aber diese Biomasse spielt die wichtigste Rolle im menschlichen Leben. Es sollte berücksichtigt werden, dass die sekundären organischen Stoffe auf jeder trophischen Ebene getrennt gezählt werden. Die Arten der Ökosystemproduktivität werden daher in zwei Arten unterteilt: primäre und sekundäre Arten.

Verhältnis von Primär- und Sekundärprodukten

Wie man sich vorstellen kann, die Biomasse unddie Gesamtmasse der Pflanze ist relativ klein. Selbst im Dschungel und in den Marschen übersteigt dieser Indikator selten das Niveau von 6,5%. Je mehr krautige Pflanzen in der Gemeinde, desto höher ist die Akkumulationsrate organischer Substanz und desto größer ist die Diskrepanz.

Über die Geschwindigkeit und das Volumen der Bildung organischer Substanzen

Im Allgemeinen die Geschwindigkeit der BildungDie organische Substanz des primären Ursprungs hängt vollständig vom Zustand des photosynthetischen Apparates der Pflanzen (PHA) ab. Der maximale Wert der Effizienz der Photosynthese, der im Labor erreicht wurde, beträgt 12% des Phagenwertes. Unter natürlichen Bedingungen gilt ein Wert von 5% als extrem hoch und tritt praktisch nicht auf. Es wird angenommen, dass auf der Erde die Absorption von Sonnenlicht 0,1% nicht übersteigt.

Verteilung von Primärprodukten

Es sollte angemerkt werden, dass die Produktivität von natürlichenÖkosysteme - eine Sache, die auf dem ganzen Planeten extrem ungleichmäßig ist. Die gesamte Masse aller organischen Materie, die jährlich auf der Erdoberfläche gebildet wird, beträgt etwa 150-200 Milliarden Tonnen. Denken Sie daran, dass wir über die Produktivität der oben genannten Ozeane gesprochen haben? Also, 2/3 dieser Substanz wird an Land gebildet! Stellen Sie sich vor: Die riesigen, unglaublichen Volumina der Hydrosphäre sind dreimal weniger organisch als der karge Teil des Landes, von dem ein großer Teil Wüsten sind!

Mehr als 90% der angesammelten organischen Substanz in der einen oder anderendie Art wird heterotrophen Organismen zugeführt. Nur ein unbedeutender Teil der Sonnenenergie wird in Form von Humus gespeichert (ebenso wie Öl und Kohle, deren Bildung bis heute anhält). Auf dem Territorium unseres Landes variiert der Anstieg der biologischen Primärproduktion von 20 c / ha (in der Nähe des Arktischen Ozeans) auf mehr als 200 c / ha im Kaukasus. In den Wüstengebieten übersteigt dieser Wert 20 q / ha nicht.

Im Prinzip auf den fünf warmen Kontinenten unsererdie Intensität der Produktion unterscheidet sich praktisch nicht, fast: in Südamerika sammelt sich die Vegetation eineinhalb Mal mehr an als die Trockensubstanz, was auf ausgezeichnete klimatische Bedingungen zurückzuführen ist. Die Produktivität natürlicher und künstlicher Ökosysteme ist maximal.

Was bietet Essen für Menschen?

Etwa 1,4 Milliarden Hektar sind vondie Oberfläche unserer Planeten Plantagen kultiviert von Menschen Pflanzen, die uns mit Nahrung versorgen. Das sind ungefähr 10% aller Ökosysteme unseres Planeten. Ironischerweise fließt nur die Hälfte der Produktion direkt in die Nahrung der Menschen. Der ganze Rest wird als Tierfutter verwendet und geht auf die Bedürfnisse der industriellen Produktion ein (nicht in Bezug auf die Produktion von Lebensmitteln). Wissenschaftler sind seit langem alarmiert: Die Produktivität und Biomasse der Ökosysteme unseres Planeten kann nicht mehr als 50% der Bedürfnisse der Menschheit in dem Protein liefern. Einfach gesagt, die Hälfte der Weltbevölkerung lebt unter chronischen Proteinmangel.

Biocenoses-Rekordhalter

Wie wir bereits gesagt haben, die größte Produktivitätgekennzeichnet durch äquatoriale Wälder. Man denke nur: auf einem Hektar der ökologischen Gemeinschaft kann mehr als 500 Tonnen Trockenmasse bedecken! Und das ist nicht die Grenze. In Brasilien zum Beispiel erzeugt ein Hektar Wald zwischen 1.200 und 1.500 Tonnen (!) Von organischer Substanz für ein Jahr! Man denke nur: pro Quadratmeter bis zu zwei Zentner Bio! In Tundra auf der gleiche Fläche nicht ausgebildet ist mehr als 12 m, und ein Mittelstreifen Wald - innerhalb von 400 m dieser Verwendung aktiv Tierhaltung in diesen künstlichen Ökosystem Productivity :. Teile in einem Feld von Zuckerrohr, die bis zu 80 Tonnen Trockenmasse ansammeln können Hektar, nirgendwo sonst können solche Ernten nicht physisch gegeben werden. Allerdings etwas anders aus ihren Buchten Orinoco, Mississippi, sowie einiger Bereich des Tschad. Hier für das Jahr des Ökosystems „geben“ bis zu 300 Tonnen Material pro Hektar!

Ergebnisse

Daher sollte die Bewertung der Produktivität erfolgenhält es auf der Primärsubstanz. Die Tatsache, daß die Nebenprodukte nicht mehr als 10% dieses Wertes ist, ändert sich dessen Wert stark, und so tun, um eine detaillierte Analyse dieses Indikators ist einfach unmöglich.