Продуктивность экосистем - Понятие про экосистемы
Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накапливается в виде органических соединений. Безостановочное производство биомассы (живой материи) -- один из фундаментальных процессов биосферы. Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называют Первичной продукцией экосистемы (сообщества). Количественно ее выражают в сырой или сухой массе растений или в энергетических единицах --эквивалентном числе ккалорий или джоулей. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а следовательно, и биомасса живых организмов, которые могут существовать в экосистеме (рис. 33).
Рис. 33. Первичная продукция больших подразделений биосферы (из Ф. Рамада, 1981) Примечание: интенсивность продукции пропорциональна густоте штриховки
Теоретически возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. А как известно, лишь часть энергии света, получаемой зеленой поверхностью, может быть использована растениями. Из коротковолнового излучения Солнца только 44% относится к фотосинтетически активной радиации (ФАР) -- свет по длине волны, пригодный для фотосинтеза. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10--12% энергии ФАР, что составляет около половины от теоретически возможного, отмечается в зарослях джугары и тростника в Таджикистане в кратковременные, наиболее благоприятные периоды. КПД фотосинтеза в 5% считается очень высоким для фитоценоза. В целом по земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1 % из-за ограничения фотосинтетической активности растений множеством факторов, среди них таких, как недостаток тепла и влаги, неблагоприятные физические и химические свойства почвы и т. д. Средний коэффициент использования энергии ФАР для территории России равен 0,8%, на европейской части страны составляет 1,0--1,2%, а в восточных районах, где условия увлажнения менее благоприятны, не превышает 0,4--0,8%. Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называют Валовой первичной продуктивностью (ВПП). Около 20% этой энергии расходуется растениями и?1| дыхание и фотодыхание. Скорость накопления органического веще4| ства за вычетом этого расхода называется Чистой первичной иро-| Дуктивностью (ЧПП). Это энергия, которую могут использовать| организмы следующих трофических уровней. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называется Вторичной продукцией. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, в конечном итоге живут за счет чистой первичной продукции сообщества. Полнота ее расхода в разных экосистемах различна. Постеленное увеличение общей биомассы продуцентов отмечается, если скорость изъятия первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений.
Мировое распределение первичной биологической продукции весьма неравномерно. Чистая продукция меняется от 3000 г/м2/год до нуля в экстрааридных пустынях, лишенных растений, или в условиях Антарктиды с ее вечными льдами на поверхности суши, а запас биомассы -- соответственно от 60 кг/м2 до нуля. Р. Уиттекер (1980) делит по продуктивности все сообщества на четыре класса.
- 1. Сообщества высшей продуктивности, 3000--2000 г/м2/год. Сюда относятся тропические леса, посевы риса и сахарного тростника. Запас биомассы в этом классе продуктивности весьма различен и превышает 50 кг/м2 в лесных сообществах и равен продуктивности у однолетних сельскохозяйственных культур. 2. Сообщества высокой продуктивности, 2000--1000 г/м2/год. В этот класс включены листопадные леса умеренной полосы, луга при применении удобрений, посевы кукурузы. Максимальная биомасса приближается к биомассе первого класса. Минимальная биомасса соответственно равна чистой биологической продукции однолетних культур. 3. Сообщества умеренной продуктивности, 1000--250 г/м2/год. К этому классу относится основная масса возделываемых сельскохозяйственных культур, кустарники, степи. Биомасса степей меняется в пределах 0,2--5 кг/м2. 4. Сообщества низкой продуктивности, ниже 250 г/м^год -- пустыни, полупустыни (в отечественной литературе их называют чаще опустыненными степями), тундры.
Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем представлена в табл. 6.
Таблица 6 Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем (по Т. Д. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994)
Экосистемы |
Биомасса, т/га |
Продукция, т/га в год |
Пустыни Центральные зоны океана Полярные моря Тундра Степи Агроценозы Саванна Тайга Лиственный лес Влажный тропический лес Коралловый риф |
|
|
На территории России в зонах достаточного увлажнения первичная продуктивность увеличивается с севера на юг, с увеличением притока тепла и продолжительности вегетационного периода (сезона). Годовой прирост растительности изменяется от 20 ц/га на побережье и островах Северного Ледовитого океана до более чем 200 ц/га в Краснодарском крае, на Черноморском по-1 бережье Кавказа (рис. 34).
Рис. 34. Запасы фитомассы (А) основных экосистем европейской I территории России и соотношение (в %) частей фитомассы (Б): 1 -- зеленые части растений; 2-- надземные многолетние одревес - ' несшие части; 3 -- подземные части
Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150--200 млрд т. Две трети его образуется на суше, третья часть -- в океане.
Практически вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержки жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, гумусе почв и органических осадках водоемов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10% площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16% всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.
Половина урожая идет непосредственно на питание людей, остальное -- на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отходах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Ресурсы, имеющиеся на Земле, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно только 50% потребностей современного населения Земли.
За успехам и в мировом производстве продовольствия скрывается тот факт, что с 1950 по 1988 г. среднедушевое производство продовольствия сократилось в 43 развивающихся странах (22 африканские страны), где проживает каждый седьмой житель планеты. Самый большой спад наблюдается в Африке. Здесь в период между I960 и 1988 г. среднее производство продовольствия в перерасчете на душу населения упало на 21 %. Предполагается, что в ближайшие 25 лет оно сократится еще на 30%. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день.
Следовательно, увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.
Похожие статьи
-
Основные понятия продуктивности экосистем - Продукция и энергия в экосистемах
Человек -- один из многих видов консументов, населяющих Землю. Для его существования необходимо произведенное растениями органическое вещество. По мере...
-
Биологическая продуктивность экосистем - Экологическая система
Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет...
-
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОСИСТЕМ ПО ПРОДУКТИВНОСТИ - Основы экологии
Продуктивность и плодородие экосистем. Изучение продуктивности - крайне важное направление экологических исследований. В течение 10 лет (с 1964 по 1974...
-
Энергия и продуктивность экосистем - Энергия экосистемы
Итак, жизнь в экосистеме поддерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое вещество энергии, передаваемой от одного трофического уровня...
-
Понятие об экосистемах. Естественная и искусственная экосистемы. - Экосистема
ЭКОСИСТЕМА (от греческого oikos - жилище, местопребывание и система), единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания...
-
Водные экологические системы, Экосистемы Мирового океана - Классификация экосистем
Тип и количество организмов в водных экосистемах определяются соленостью, глубиной проникновения солнечных лучей, концентрацией растворенного кислорода,...
-
Солнце как источник энергии - Понятие про экосистемы
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии по данным Т. А. Акимовой, В. В. Хаскина (1994), посылаемый солнцем к планете Земля,...
-
Размеры биогеоценозов различны. Совокупности биогеоценозов образуют главные природные экосистемы, имеющие глобальное значение в обмене энергии и вещества...
-
Структура экосистем - Понятие экосистемы
Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента...
-
Классификация экосистем - Понятие про экосистемы
Существующие на Земле экосистемы разнообразны. Выделяют Микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), Мезоэкосистемы (лес, пруд и т. д.),...
-
Круговороты веществ - Понятие про экосистемы
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции...
-
Экосистемы и принципы их функционирования - Понятие, структура, свойства и функции экосистем
Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Протекающие через живые организмы...
-
БИОМАССА И ПРОДУКТИВНОСТЬ. ВИДЫ ПРОДУКТИВНОСТИ - Основы экологии
Продуктивность. Продукция. Важным функциональным показателем сообществ является их способность к созданию (продуцированию) новой биомассы. Это свойство...
-
Межвидовые отношения в экосистеме - Понятие экосистемы
Каждый биологический вид играет определенную роль в своей экосистеме. Экологи доказали, что некоторые виды, называемые ключевыми видами, кардинально...
-
Поток энергии в экосистемах - Понятие про экосистемы
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т. е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии,...
-
Экосистема и ее свойства - Понятие экосистемы
Экосистема -- сообщество организмов биоценоза и окружающей их неживой природы, образующее устойчивую и динамическую систему. Другими словами,...
-
Заключение - Понятие, структура, свойства и функции экосистем
Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос:...
-
Понятие экосистемы - Характеристика, концепция и строение экосистемы
Одно из основных понятий экологии - экосистема, или экологическая система (от др.-греч. п?кпт -- жилище, местопребывание и уэуфзмб -- система) --...
-
Структуры экосистем и их основные характеристики - Понятие, структура, свойства и функции экосистем
Структура экосистем. С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса - автотрофный и гетеротрофный. Верхний автотрофный...
-
Структура экосистем - Понятие про экосистемы
Как уже было отмечено ранее, в каждой экосистеме два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Совокупность организмов...
-
ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ - Природные экосистемы
Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют Экосистемой. Термин был предложен...
-
Заключение - Понятие экосистемы
Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос:...
-
Влияние человека на природные экосистемы - Понятие экосистемы
Воздействие человека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разных аспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки...
-
Экосистема - Развитие экосистем, экологические факторы
Экосистема, или экологическая система - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз) , среды их обитания (биотоп) , системы...
-
Биопродуктивность экосистем - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет...
-
Функционирование экосистем - Основы общей экологии
Энергия В Экосистемах. Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с...
-
Экосистемы водотоков - Классификация экосистем
Экосистемы проточных водоемов, а именно ручьев, быстро и медленно текущих рек и речек от их истоков до устья значительно отличаются от экосистем стоячих...
-
Экосистемы континентальных стоячих водоемов - Классификация экосистем
Континентальные стоячие (непроточные) водоемы включают в себя экосистемы озер, водохранилищ, прудов, луж, а также болот. Жизнь стоячих вод или...
-
В противоположность пирамидам чисел и биомассы, отражающим статику системы (количество организмов в данный момент), пирамида энергии отражая картину...
-
В зависимости от источника энергии и степени энергетических субсидий Ю. Одум (1986) разделил существующие экосистемы на 4 типа. 1. Природные экосистемы,...
-
Классификация экосистем по Ю. Одуму - Понятие, структура, свойства и функции экосистем
В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд природных экосистем. В основе квалификации для наземных экосистем...
-
Травянистые экосистемы - Классификация экосистем
Тропические травянистые экосистемы или саванны. Такие экосистемы характерны для районов с высокими средними температурами, двумя продолжительными сухими...
-
Экосистема - основное понятие экологии - Классификация экосистем
Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы...
-
Введение - Понятие, структура, свойства и функции экосистем
Экосистема круговорот природный Экосистема (экологическая система) - система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных...
-
Наземные экосистемы, Пустыни - Классификация экосистем
При классификации наземных экосистем принято использовать признаки растительных сообществ и климатические признаки, например, лес хвойный, лес...
-
Понятие экосистемы - Энергия экосистемы
Научно-техническая революция и бурный рост промышленного производства в 21 веке способствовали не только росту благосостояния человека, но и отрицательно...
-
Актуальность. Общество окружено природой. Оно непрерывно взаимодействует с ней в самых разнообразных направлениях. Материальная практика соединяет...
-
ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ И СЕТИ. ПОНЯТИЕ ТРОФИЧЕСКОГО УРОВНЯ - Основы экологии
Пищевая цепь - это путь движения вещества (источник энергии и строительный материал) в экосистеме от одного организма к другому. Трофический уровень -...
-
Экосистемы и принципы их функционирования В современной науке доминирует системная парадигма. Исходя из этого, основным объектом изучения экологии...
-
Биотическая структура экосистем - Основы общей экологии
Экология биотический толерантность закон Экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется в следующем. Из...
Продуктивность экосистем - Понятие про экосистемы