Økosystems biologiske produktivitet

2024 Forfatter: Henry Conors | [email protected]. Sidst ændret: 2024-02-12 05:25

Hvert år udtømmer mennesker jordens ressourcer mere og mere. Det er ikke overraskende, at en vurdering af, hvor mange ressourcer en bestemt biocenose kan give for nylig er blevet af stor betydning. I dag er økosystemets produktivitet af afgørende betydning, når man skal vælge en måde at styre på, da den økonomiske gennemførlighed af arbejdet direkte afhænger af mængden af produktion, der kan opnås.

Her er de vigtigste spørgsmål, videnskabsmænd står over for i dag:

• Hvor meget solenergi er tilgængelig, og hvor meget er assimileret af planter, hvordan måles det?
• Hvilke typer økosystemer er de mest produktive og producerer den mest primære produktion?
• Hvilke faktorer begrænser primærproduktionen lok alt og glob alt?
• Hvad er effektiviteten, som planter omdanner energi med?
• Hvad er forskellene mellem effektivitetassimilering, renere produktion og miljøeffektivitet?
• Hvordan adskiller økosystemer sig i mængden af biomasse eller volumen af autotrofe organismer?
• Hvor meget energi er tilgængelig for folk, og hvor meget bruger vi?

Vi vil forsøge i det mindste delvist at besvare dem inden for rammerne af denne artikel. Lad os først beskæftige os med de grundlæggende begreber. Så et økosystems produktivitet er processen med akkumulering af organisk stof i et bestemt volumen. Hvilke organismer er ansvarlige for dette arbejde?

Autotrofer og heterotrofer

Vi ved, at nogle organismer er i stand til at syntetisere organiske molekyler fra uorganiske prækursorer. De kaldes autotrofer, hvilket betyder "selvfødende". Faktisk afhænger økosystemernes produktivitet af deres aktiviteter. Autotrofer omtales også som primære producenter. Organismer, der er i stand til at producere komplekse organiske molekyler ud fra simple uorganiske stoffer (vand, CO2), hører oftest til klassen af planter, men nogle bakterier har samme evne. Processen, hvorved de syntetiserer organiske stoffer, kaldes fotokemisk syntese. Som navnet antyder, kræver fotosyntese sollys.

Vi bør også nævne den vej, der er kendt som kemosyntese. Nogle autotrofer, hovedsageligt specialiserede bakterier, kan omdanne uorganiske næringsstoffer til organiske forbindelser uden adgang til sollys. Der er flere grupper af kemosyntetiske stofferbakterier i hav og ferskvand, og de er især almindelige i miljøer med højt indhold af svovlbrinte eller svovl. Ligesom klorofylbærende planter og andre organismer, der er i stand til fotokemisk syntese, er kemosyntetiske organismer autotrofer. Økosystemets produktivitet er dog snarere vegetationens aktivitet, da det er hende, der er ansvarlig for akkumuleringen af mere end 90% af organisk stof. Kemosyntese spiller en uforholdsmæssigt mindre rolle i dette.

I mellemtiden kan mange organismer kun få den energi, de har brug for, ved at spise andre organismer. De kaldes heterotrofer. I princippet omfatter disse alle de samme planter (de "spiser" også færdiglavet organisk materiale), dyr, mikrober, svampe og mikroorganismer. Heterotrofer kaldes også "forbrugere".

planternes rolle

Som regel henviser ordet "produktivitet" i dette tilfælde til planters evne til at opbevare en vis mængde organisk materiale. Og det er ikke overraskende, da kun planteorganismer kan omdanne uorganiske stoffer til organiske. Uden dem ville selve livet på vores planet være umuligt, og derfor betragtes økosystemets produktivitet fra denne position. Generelt er spørgsmålet ekstremt enkelt: Så hvor meget organisk stof kan planter opbevare?

Hvilke biocenoser er de mest produktive?

Mærkeligt nok, men menneskeskabte biocenoser er langt fra at være de mest produktive. Jungler, sumpe, selva af store tropiske floder i denne henseendeer langt fremme. Derudover er det disse biocenoser, der neutraliserer en enorm mængde giftige stoffer, som igen kommer ind i naturen som følge af menneskelig aktivitet, og producerer også mere end 70% af ilten i atmosfæren på vores planet. I mange lærebøger står der i øvrigt stadig, at Jordens oceaner er den mest produktive "brødkurv". Mærkeligt nok, men denne udtalelse er meget langt fra sandheden.

Ocean Paradox

Ved du, hvad den biologiske produktivitet af havenes og oceanernes økosystemer sammenlignes med? Med semi-ørkener! Store mængder biomasse forklares med, at det er vandvidder, der optager det meste af planetens overflade. Så den gentagne forudsagte brug af havene som den vigtigste kilde til næringsstoffer for hele menneskeheden i de kommende år er næppe mulig, da den økonomiske gennemførlighed af dette er ekstremt lav. Den lave produktivitet af denne type økosystemer forringer dog på ingen måde havenes betydning for alle levende tings liv, så de skal beskyttes så omhyggeligt som muligt.

Moderne miljøforkæmpere siger, at mulighederne for landbrugsjord langt fra er udtømt, og i fremtiden vil vi være i stand til at få mere rigelig høst fra dem. Der stilles særlige forhåbninger til rismarker, som kan producere en enorm mængde værdifuldt organisk stof på grund af deres unikke egenskaber.

Grundlæggende oplysninger om biologiske systemers produktivitet

Overordnet økosystemproduktivitetbestemmes af hastigheden af fotosyntese og akkumulering af organiske stoffer i en bestemt biocenose. Massen af organisk stof, der skabes pr. tidsenhed, kaldes primærproduktion. Det kan udtrykkes på to måder: enten i joule eller i den tørre masse af planter. Bruttoproduktion er dens volumen skabt af planteorganismer i en bestemt tidsenhed med en konstant hastighed af fotosynteseprocessen. Det skal huskes, at en del af dette stof vil gå til selve plantens vitale aktivitet. Det resterende organiske stof er økosystemets primære nettoproduktivitet. Det er hende, der går for at fodre heterotrofer, som omfatter dig og mig.

Er der en "øvre grænse" for primærproduktion?

Kort sagt, ja. Lad os tage et hurtigt kig på, hvor effektiv fotosynteseprocessen i princippet er. Husk på, at intensiteten af solstråling, der når jordens overflade, er meget afhængig af placeringen: det maksimale energiudbytte er karakteristisk for ækvatorialzonerne. Den aftager eksponentielt, når den nærmer sig polerne. Cirka halvdelen af solenergien reflekteres af is, sne, oceaner eller ørkener og absorberes af gasser i atmosfæren. For eksempel absorberer atmosfærens ozonlag næsten al ultraviolet stråling! Kun halvdelen af det lys, der rammer planters blade, bruges i fotosyntesereaktionen. Så økosystemernes biologiske produktivitet er resultatet af omdannelsen af en ubetydelig del af solens energi!

Hvad er sekundær produktion?

Følgelig kaldes sekundære produktervæksten af forbrugere (det vil sige forbrugere) i en vis periode. Naturligvis afhænger økosystemets produktivitet i langt mindre grad af dem, men det er denne biomasse, der spiller den vigtigste rolle i menneskelivet. Det skal bemærkes, at sekundære organiske stoffer beregnes separat på hvert trofisk niveau. Således er typerne af økosystemproduktivitet opdelt i to typer: primær og sekundær.

Forholdet mellem primær og sekundær produktion

Som du måske kan gætte, er forholdet mellem biomasse og samlet plantemasse relativt lavt. Selv i junglen og sumpene overstiger dette tal sjældent 6,5%. Jo flere urteagtige planter i samfundet, jo højere er akkumuleringshastigheden af organisk stof og jo større er uoverensstemmelsen.

Om hastigheden og mængden af dannelse af organiske stoffer

Generelt afhænger den begrænsende hastighed for dannelse af organisk materiale af primær oprindelse fuldstændigt af tilstanden af planters fotosynteseapparat (PAR). Den maksimale værdi af fotosynteseeffektivitet, som blev opnået under laboratorieforhold, er 12% af PAR-værdien. Under naturlige forhold anses en værdi på 5% for at være ekstrem høj og forekommer praktisk t alt ikke. Det antages, at assimileringen af sollys på Jorden ikke overstiger 0,1%.

Primærproduktionsdistribution

Det skal bemærkes, at det naturlige økosystems produktivitet er ekstremt ujævn over hele planeten. Den samlede masse af alt organisk stof, der dannes årligt denJordens overflade, er omkring 150-200 milliarder tons. Kan du huske, hvad vi sagde om produktiviteten af oceanerne ovenfor? Så 2/3 af dette stof dannes på land! Forestil dig bare: gigantiske, utrolige mængder af hydrosfæren danner tre gange mindre organisk stof end en lille del af landet, hvoraf en stor del er ørkener!

Mere end 90 % af det akkumulerede organiske stof i en eller anden form bruges som føde for heterotrofe organismer. Kun en lille brøkdel af solenergien lagres i form af jordhumus (samt olie og kul, som bliver dannet selv i dag). På vores lands territorium varierer stigningen i primær biologisk produktion fra 20 centners pr. hektar (nær det arktiske hav) til mere end 200 centners pr. hektar i Kaukasus. I ørkenområder overstiger denne værdi ikke 20 c/ha.

I princippet, på de fem varme kontinenter i vores verden, er produktionsintensiteten praktisk t alt den samme, næsten: I Sydamerika ophober vegetationen halvanden gang mere tørstof på grund af fremragende klimatiske forhold. Der er produktiviteten af naturlige og kunstige økosystemer maksimal.

Hvad fodrer folk?

Cirka 1,4 milliarder hektar på overfladen af vores planet er plantager af dyrkede planter, der giver os mad. Dette er cirka 10% af alle økosystemer på planeten. Mærkeligt nok, men kun halvdelen af de resulterende produkter går direkte til menneskeføde. Alt andet bruges som dyrefoder og går tilindustriproduktionens behov (ikke relateret til produktionen af fødevarer). Forskere har slået alarm i lang tid: Produktiviteten og biomassen af vores planets økosystemer kan ikke levere mere end 50 % af menneskehedens behov for protein. Kort sagt lever halvdelen af verdens befolkning under tilstande med kronisk proteinsult.

Biocenoser-rekordholdere

Som vi allerede har sagt, er ækvatorialskove kendetegnet ved den højeste produktivitet. Tænk bare over det: mere end 500 tons tørstof kan falde på en hektar af sådan en biocenose! Og det er langt fra grænsen. I Brasilien, for eksempel, producerer en hektar skov fra 1200 til 1500 tons (!) organisk stof om året! Tænk bare: der er op til to centner organisk stof pr. kvadratmeter! I tundraen på samme område dannes der ikke mere end 12 tons, og i skovene i det midterste bælte - inden for 400 tons. Landbrugsvirksomheder i disse dele bruger aktivt dette: produktiviteten af et kunstigt økosystem i form af et sukker sukkerrørsmark, som kan akkumulere op til 80 tons tørstof pr. hektar, ingen andre steder kan fysisk give sådanne udbytter. Orinoco- og Mississippi-bugterne samt nogle områder i Tchad adskiller sig dog lidt fra dem. Her "udgiver" økosystemerne i et år op til 300 tons stoffer pr. hektar areal!

Resultater

Evalueringen af produktiviteten bør således udføres på basis af det primære stof. Faktum er, at sekundær produktion ikke er mere end 10% af denne værdi, dens værdi svinger meget, og derfor en detaljeret analysedenne indikator er simpelthen umulig.