Každý rok človek čoraz viac vyčerpáva zdroje planéty. Nie je prekvapujúce, že v posledných rokoch je veľmi dôležité vyhodnotiť, koľko zdrojov môže bioenóza poskytnúť. Produktivita ekosystému je v súčasnosti pri výbere spôsobu riadenia rozhodujúca, pretože ekonomická uskutočniteľnosť práce priamo závisí od množstva produktov, ktoré možno získať.
Vedci dnes čelia týmto hlavným otázkam:
- Koľko slnečnej energie je k dispozícii a koľko je prispôsobená rastlinami, ako sa meria?
- Ktoré typy ekosystémov majú najvyššiu produktivitu a ktoré poskytujú najviac prvotné produkty?
- Aké faktory obmedzujú množstvo prvovýroby v tuzemsku a na celom svete?
- Aká je účinnosť, s akou premieňajú energiu rastliny?
- Aké sú rozdiely medzi efektívnosťou asimilácie, čistou výrobou a environmentálnou účinnosťou?
- Ako sa líšia ekosystémy v biomase alebo v autotrofných organizmoch?
- Koľko energie je ľuďom k dispozícii a koľko využívame?
V rámci tohto článku sa ich pokúsime aspoň čiastočne zodpovedať. Po prvé, poďme sa zaoberať základnými pojmami. Produktivita ekosystému je teda proces akumulácie organickej hmoty v určitom objeme. Ktoré organizmy sú zodpovedné za túto prácu?
Autotrofy a heterotrofy
Vieme, že niektoré organizmy sú schopné syntetizovať organické molekuly z anorganických prekurzorov. Nazývajú sa autotrofy, čo znamená „samokŕmenie“. Produktivita ekosystémov v skutočnosti závisí od ich činnosti. Autotrofy sa označujú aj ako prví výrobcovia. Organizmy, ktoré sú schopné produkovať komplexné organické molekuly z jednoduchých anorganických látok (voda, CO2), najčastejšie patria do triedy rastlín, ale niektoré baktérie majú rovnaké schopnosti. Proces, ktorým syntetizujú organické látky, sa nazýva fotochemická syntéza. Ako už názov napovedá, fotosyntéza vyžaduje slnečné svetlo.
Musíme tiež spomenúť cestu známu ako chemosyntéza. Niektoré autotrofy, najmä špecializované baktérie, môžu prevádzať anorganické živiny na organické zlúčeniny bez prístupu k slnečnému žiareniu. Existuje niekoľko skupín chemosyntetických baktérií v mori a sladkej vode a vyskytujú sa najmä v prostrediach s vysokým obsahom sírovodíka alebo síry. Podobne ako rastliny nesúce chlorofyl a iné organizmy schopné fotochemickej syntézy, chemosyntetické organizmy sú autotrofmi. Produktivita ekosystému sa však skôr nazýva činnosť vegetácie, pretože za hromadenie viac ako 90% organických látok je zodpovedná práve táto aktivita. Chemosyntéza v tom zohráva neporovnateľne menšiu úlohu.
Medzitým môže veľa organizmov získať potrebnú energiu iba jedením iných organizmov. Nazývajú sa heterotrofy. V zásade zahŕňajú všetky rovnaké rastliny (tiež „jedia“ hotové organické látky), zvieratá, mikróby, huby a mikroorganizmy. Heterotrofy sa nazývajú aj „spotrebitelia“.
Úloha rastlín
Slovo „produktivita“ sa v tomto prípade spravidla vzťahuje na schopnosť rastlín ukladať určité množstvo organických látok. A to nie je prekvapujúce, pretože iba rastlinné organizmy môžu prevádzať anorganické látky na organické. Bez nich by život na našej planéte nebol možný, a preto je produktivita ekosystému vnímaná z tohto hľadiska. Všeobecne je táto otázka položená veľmi jednoducho: tak akú hmotu organickej hmoty môžu rastliny ukladať?
Ktoré biocenózy sú najproduktívnejšie?
Napodiv, ale biocíny vytvorené človekom sú ďaleko od najproduktívnejších. Džungľa, močiare, selva veľkých tropických riek sú v tomto ohľade ďaleko pred nimi. Okrem toho práve tieto biocenózy neutralizujú obrovské množstvo toxických látok, ktoré sa v dôsledku ľudskej činnosti opäť dostávajú do prírody a tiež produkujú viac ako 70% kyslíka obsiahnutého v atmosfére našej planéty. Mimochodom, veľa učebníc stále tvrdí, že oceány Zeme sú najproduktívnejšie „sýpky“. Napodiv, ale toto vyhlásenie je veľmi ďaleko od pravdy.
Ocean Paradox
Viete, v čom sa porovnáva biologická produktivita ekosystémov morí a oceánov? S polopúšťami! Veľké množstvá biomasy sa vysvetľujú skutočnosťou, že väčšinu povrchu planéty zaberá voda. Opakovane predpovedané využívanie morí ako hlavného zdroja živín pre celé ľudstvo v nadchádzajúcich rokoch je preto sotva možné, pretože ekonomická realizovateľnosť je extrémne nízka. Nízka produktivita tohto typu ekosystému však nijako neuberá na dôležitosti oceánov pre život všetkých živých vecí, a preto musia byť chránené čo najšetrnejšie.
Moderní ekológovia tvrdia, že možnosti poľnohospodárskej pôdy nie sú ani zďaleka vyčerpané av budúcnosti z nich budeme môcť získať bohatšie plodiny. Na ryžové polia sa kladú konkrétne nádeje, ktoré môžu vďaka svojim jedinečným vlastnostiam poskytnúť obrovské množstvo cenných organických látok.
Základy biologickej produktivity
Produktivita ekosystému sa vo všeobecnosti určuje rýchlosťou fotosyntézy a akumulácie organických látok v konkrétnej biocenóze. Hmota organickej hmoty, ktorá sa vytvára za jednotku času, sa nazýva prvovýroba. Dá sa vyjadriť dvoma spôsobmi: buď v jouloch, alebo v sušine rastlín. Hrubá produkcia sa nazýva jej objem, ktorý vytvorili rastlinné organizmy na určitú jednotku času, konštantnou rýchlosťou fotosyntézy. Malo by sa pamätať na to, že časť tejto látky pôjde na životne dôležitú činnosť samotných rastlín. Organická hmota, ktorá zostane po tomto, je čistou primárnou produktivitou ekosystému. Je to ona, ktorá živí heterotrofy, medzi ktorými sme medzi vami.
Existuje „horná hranica“ pre prvovýrobu?
Stručne povedané, áno. V krátkosti si prečítajte, ako je fotosyntéza v zásade efektívna. Pamätajte, že intenzita slnečného žiarenia dosahujúceho zemský povrch je vysoko závislá od umiestnenia: maximálny návrat energie je charakteristický pre rovníkové zóny. Pri priblížení sa k pólom exponenciálne klesá. Približne polovica slnečnej energie sa odráža ľadom, snehom, oceánmi alebo púšťami, ktoré sú absorbované plynmi v atmosfére. Napríklad vrstva atmosférického ozónu absorbuje takmer všetky ultrafialové žiarenie! Pri reakcii fotosyntézy sa používa iba polovica svetla, ktoré vstupuje do listov rastlín. Biologická produktivita ekosystémov je teda výsledkom premeny zanedbateľnej časti slnečnej energie!
Čo sú druhotné produkty?
Preto sa sekundárny produkt nazýva rast spotrebiteľov (tj spotrebiteľov) v určitom časovom období. Produktivita ekosystému na nich samozrejme závisí v oveľa menšej miere, ale práve táto biomasa zohráva v ľudskom živote rozhodujúcu úlohu. Malo by sa poznamenať, že sekundárne organické látky sa počítajú osobitne na každej trofickej úrovni. Preto sú typy produktivity ekosystému rozdelené na dva typy: primárny a sekundárny.
Pomer primárnych a sekundárnych produktov
Ako asi viete, pomer biomasy k celkovej hmotnosti rastlín je relatívne malý. Aj v džungli a močiaroch tento ukazovateľ zriedka presahuje 6, 5%. Čím viac bylinných rastlín v spoločenstve, tým vyššia je miera akumulácie organických látok a tým väčšia je nezrovnalosť.
O rýchlosti a objeme tvorby organických látok
Vo všeobecnosti obmedzujúca rýchlosť tvorby organických látok primárneho pôvodu úplne závisí od stavu fotosyntetického aparátu rastlín (PAR). Maximálna hodnota účinnosti fotosyntézy, ktorá sa dosiahla v laboratórnych podmienkach, je 12% hodnoty PAR. Za prírodných podmienok sa hodnota 5% považuje za mimoriadne vysokú a prakticky sa nevyskytuje. Predpokladá sa, že na Zemi asimilácia slnečného svetla nepresahuje 0, 1%.
Distribúcia primárnych produktov
Je potrebné poznamenať, že produktivita prírodného ekosystému je v celosvetovom meradle mimoriadne nerovnomerná. Celková hmotnosť všetkej organickej hmoty, ktorá sa každoročne tvorí na povrchu Zeme, je približne 150 - 200 miliárd ton. Pamätáte si, čo sme povedali vyššie o produktivite oceánov? Takže 2/3 tejto látky sa tvorí na súši! Len si predstavte: obrovské, neuveriteľné objemy hydrosféry tvoria trikrát menej organickej hmoty ako skromná časť krajiny, ktorej podstatnú časť tvoria púšte!
Viac ako 90% nahromadenej organickej hmoty v jednej alebo druhej forme je konzumovaných heterotropnými organizmami. Iba nepatrná časť slnečnej energie sa ukladá vo forme pôdneho humusu (rovnako ako ropa a uhlie, ktorých tvorba sa dnes dokonca uskutočňuje). V našej krajine sa nárast primárnej biologickej výroby pohybuje od 20 c / ha (v blízkosti Severného ľadového oceánu) do viac ako 200 c / ha na Kaukaze. V púštnych oblastiach táto hodnota nepresahuje 20 kg / ha.
V zásade je na piatich teplých kontinentoch nášho sveta intenzita výroby prakticky rovnaká, takmer: v Južnej Amerike sa vegetácia hromadí jeden a polkrát viac suchej hmoty vďaka vynikajúcim klimatickým podmienkam. Tam je maximálna produktivita prírodných a umelých ekosystémov.
Čo poskytuje výživu ľuďom?
Na povrchu našej planéty zaberajú približne 1, 4 miliardy hektárov plantáže človekom pestovaných rastlín, ktoré nám poskytujú jedlo. To je približne 10% všetkých ekosystémov na planéte. Napodiv, ale iba polovica produkcie smeruje priamo k ľuďom. Všetko ostatné sa používa ako krmivo pre spoločenské zvieratá a ide o potreby priemyselnej výroby (nesúvisí s výrobou potravín). Vedci už dlho upozorňujú na poplach: produktivita a biomasa ekosystémov našej planéty nedokáže poskytnúť viac ako 50% ľudských potrieb na bielkoviny. Jednoducho povedané, polovica svetovej populácie žije v podmienkach chronického hladovania proteínov.
Zaznamenajte biocenózy
Ako sme už uviedli, rovníkové lesy sa vyznačujú najvyššou produktivitou. Len o tom premýšľajte: jeden hektár takejto biocenózy môže predstavovať viac ako 500 ton sušiny! A to nie je ani zďaleka limit. Napríklad v Brazílii produkuje jeden hektár lesa 1 200 až 1 500 ton (!) Organických látok ročne! Len premýšľajte: do dvoch centier organických látok na meter štvorcový! V tundre v tej istej oblasti sa nevytvára viac ako 12 ton av lesoch strednej zóny - do 400 ton. Poľnohospodárske podniky v týchto častiach to aktívne využívajú: produktivita umelého ekosystému vo forme poľa s cukrovou trstinou, ktoré môže naakumulovať až 80 ton sušiny na hektár, nikde inde nemôžu také plodiny byť úrodné. Orinoco, Mississippi a niektoré oblasti Čadu sa od nich však príliš nelíšia. Tu ekosystémy počas roka „rozdajú“ až 300 ton hmoty na hektár pôdy!
