Elke jaar put mense die hulpbronne van die planeet meer en meer uit. Dit is nie verbasend dat 'n beoordeling van hoeveel hulpbronne 'n bepaalde biosenose kan verskaf onlangs van groot belang geword het nie. Vandag is die produktiwiteit van die ekosisteem van deurslaggewende belang by die keuse van 'n manier van bestuur, aangesien die ekonomiese uitvoerbaarheid van die werk direk afhang van die hoeveelheid produksie wat verkry kan word.
Hier is die hoofvrae wat wetenskaplikes vandag in die gesig staar:
- Hoeveel sonenergie is beskikbaar en hoeveel word deur plante geassimileer, hoe word dit gemeet?
- Watter tipe ekosisteme is die produktiefste en produseer die mees primêre produksie?
- Watter faktore beperk primêre produksie plaaslik en wêreldwyd?
- Wat is die doeltreffendheid waarmee plante energie omskakel?
- Wat is die verskille tussen doeltreffendheidassimilasie, skoner produksie en omgewingsdoeltreffendheid?
- Hoe verskil ekosisteme in die hoeveelheid biomassa of die volume van outotrofiese organismes?
- Hoeveel energie is vir mense beskikbaar en hoeveel gebruik ons?
Ons sal probeer om hulle ten minste gedeeltelik te beantwoord binne die raamwerk van hierdie artikel. Kom ons behandel eers die basiese konsepte. Dus, die produktiwiteit van 'n ekosisteem is die proses van ophoping van organiese materiaal in 'n sekere volume. Watter organismes is verantwoordelik vir hierdie werk?
Outotrofe en heterotrofe
Ons weet dat sommige organismes in staat is om organiese molekules van anorganiese voorlopers te sintetiseer. Hulle word outotrofe genoem, wat "selfvoedend" beteken. Eintlik hang die produktiwiteit van ekosisteme af van hul aktiwiteite. Daar word ook na outotrofe verwys as primêre produsente. Organismes wat in staat is om komplekse organiese molekules uit eenvoudige anorganiese stowwe (water, CO2) te produseer, behoort meestal tot die klas plante, maar sommige bakterieë het dieselfde vermoë. Die proses waardeur hulle organiese stowwe sintetiseer, word fotochemiese sintese genoem. Soos die naam aandui, vereis fotosintese sonlig.
Ons moet ook die roete bekend as chemosintese noem. Sommige outotrofe, hoofsaaklik gespesialiseerde bakterieë, kan anorganiese voedingstowwe in organiese verbindings omskakel sonder toegang tot sonlig. Daar is verskeie groepe chemosintetiese middelsbakterieë in see en vars water, en hulle is veral algemeen in omgewings met 'n hoë inhoud van waterstofsulfied of swael. Soos chlorofildraende plante en ander organismes wat tot fotochemiese sintese in staat is, is chemosintetiese organismes outotrofe. Die produktiwiteit van die ekosisteem is egter eerder die aktiwiteit van plantegroei, aangesien dit sy is wat verantwoordelik is vir die ophoping van meer as 90% van organiese materiaal. Chemosintese speel 'n buite verhouding kleiner rol hierin.
Intussen kan baie organismes net die energie kry wat hulle nodig het deur ander organismes te eet. Hulle word heterotrofe genoem. In beginsel sluit dit almal dieselfde plante in (hulle "eet" ook klaargemaakte organiese materiaal), diere, mikrobes, swamme en mikroörganismes. Heterotrofe word ook "verbruikers" genoem.
Die rol van plante
As 'n reël verwys die woord "produktiwiteit" in hierdie geval na die vermoë van plante om 'n sekere hoeveelheid organiese materiaal te berg. En dit is nie verbasend nie, aangesien slegs plantorganismes anorganiese stowwe in organiese kan omskakel. Sonder hulle sou lewe self op ons planeet onmoontlik wees, en daarom word die produktiwiteit van die ekosisteem vanuit hierdie posisie beskou. Oor die algemeen is die vraag uiters eenvoudig: so hoeveel organiese materiaal kan plante stoor?
Watter biosenoses is die produktiefste?
Vreemd genoeg, maar mensgemaakte biosenoses is ver van die produktiefste. Oerwoude, moerasse, selva van groot tropiese riviere in hierdie verbandis ver vooruit. Boonop is dit hierdie biosenoses wat 'n groot hoeveelheid giftige stowwe neutraliseer, wat weer die natuur as gevolg van menslike aktiwiteit binnedring, en ook meer as 70% van die suurstof in die atmosfeer van ons planeet produseer. Terloops, baie handboeke stel steeds dat die Aarde se oseane die mees produktiewe "broodmandjie" is. Vreemd genoeg, maar hierdie stelling is baie ver van die waarheid af.
Oseaanparadoks
Weet jy waarmee die biologiese produktiwiteit van die ekosisteme van die see en oseane vergelyk word? Met semi-woestyne! Groot volumes biomassa word verklaar deur die feit dat dit watervlaktes is wat die grootste deel van die planeet se oppervlak beslaan. Die herhaaldelike voorspelde gebruik van die see as die hoofbron van voedingstowwe vir die hele mensdom in die komende jare is dus beswaarlik moontlik, aangesien die ekonomiese haalbaarheid hiervan uiters laag is. Die lae produktiwiteit van hierdie tipe ekosisteem doen egter geensins afbreuk aan die belangrikheid van die oseane vir die lewe van alle lewende wesens nie, daarom moet hulle so versigtig moontlik beskerm word.
Moderne omgewingsbewustes sê dat die moontlikhede van landbougrond nog lank nie uitgeput is nie, en in die toekoms sal ons meer oorvloedige oeste daaruit kan kry. Daar word veral gehoop op ryslande, wat 'n groot hoeveelheid waardevolle organiese materiaal kan produseer weens hul unieke eienskappe.
Basiese inligting oor die produktiwiteit van biologiese stelsels
Algehele ekosisteemproduktiwiteitword bepaal deur die tempo van fotosintese en ophoping van organiese stowwe in 'n bepaalde biosenose. Die massa organiese materiaal wat per eenheid van tyd geskep word, word primêre produksie genoem. Dit kan op twee maniere uitgedruk word: óf in Joules, óf in die droë massa van plante. Bruto produksie is die volume wat deur plantorganismes in 'n sekere tydseenheid geskep word, teen 'n konstante tempo van die fotosinteseproses. Daar moet onthou word dat 'n deel van hierdie stof na die lewensbelangrike aktiwiteit van die plante self gaan. Die oorblywende organiese materiaal is die netto primêre produktiwiteit van die ekosisteem. Dit is sy wat heterotrofe gaan voer, wat jou en my insluit.
Is daar 'n "boonste limiet" vir primêre produksie?
In kort, ja. Kom ons kyk vinnig na hoe doeltreffend die proses van fotosintese in beginsel is. Onthou dat die intensiteit van sonstraling wat die aarde se oppervlak bereik, baie afhanklik is van ligging: die maksimum energie-terugvoer is kenmerkend van die ekwatoriale sones. Dit neem eksponensieel af soos dit die pole nader. Ongeveer die helfte van die sonenergie word deur ys, sneeu, oseane of woestyne weerspieël en deur gasse in die atmosfeer geabsorbeer. Byvoorbeeld, die osoonlaag van die atmosfeer absorbeer byna alle ultravioletstraling! Slegs die helfte van die lig wat die blare van plante tref, word in die fotosintese-reaksie gebruik. Dus is die biologiese produktiwiteit van ekosisteme die gevolg van die omskakeling van 'n onbeduidende deel van die son se energie!
Wat is sekondêre produksie?
Gevolglik word sekondêre produkte genoemdie groei van verbruikers (dit is verbruikers) vir 'n sekere tydperk. Natuurlik hang die produktiwiteit van die ekosisteem in 'n baie mindere mate van hulle af, maar dit is hierdie biomassa wat die belangrikste rol in die menslike lewe speel. Daar moet kennis geneem word dat sekondêre organiese bestanddele afsonderlik op elke trofiese vlak bereken word. Dus word die tipes ekosisteemproduktiwiteit in twee tipes verdeel: primêre en sekondêre.
Verhouding van primêre en sekondêre produksie
Soos jy dalk kan raai, is die verhouding van biomassa tot totale plantmassa relatief laag. Selfs in die oerwoud en moerasse oorskry hierdie syfer selde 6,5%. Hoe meer kruidagtige plante in die gemeenskap, hoe hoër is die tempo van ophoping van organiese materiaal en hoe groter is die verskil.
Oor die tempo en volume van vorming van organiese stowwe
Oor die algemeen hang die beperkende tempo van vorming van organiese materiaal van primêre oorsprong heeltemal af van die toestand van die fotosintetiese apparaat van plante (PAR). Die maksimum waarde van fotosintese-doeltreffendheid, wat in laboratoriumtoestande behaal is, is 12% van die PAR-waarde. Onder natuurlike toestande word 'n waarde van 5% as uiters hoog beskou en kom feitlik nie voor nie. Daar word geglo dat die assimilasie van sonlig op Aarde nie 0,1% oorskry nie.
Primêre produksieverspreiding
Daar moet kennis geneem word dat die produktiwiteit van die natuurlike ekosisteem uiters ongelyk oor die planeet heen is. Die totale massa van alle organiese materiaal wat jaarliks gevorm word opoppervlak van die aarde, is ongeveer 150-200 miljard ton. Onthou jy wat ons gesê het oor die produktiwiteit van die oseane hierbo? Dus, 2/3 van hierdie stof word op land gevorm! Stel jou net voor: reusagtige, ongelooflike volumes van die hidrosfeer vorm drie keer minder organiese materiaal as 'n klein deel van die land, waarvan 'n groot deel woestyne is!
Meer as 90% van die opgehoopte organiese materiaal in een of ander vorm word as voedsel vir heterotrofiese organismes gebruik. Slegs 'n klein fraksie van sonenergie word gestoor in die vorm van grondhumus (sowel as olie en steenkool, wat vandag nog gevorm word). Op die grondgebied van ons land wissel die toename in primêre biologiese produksie van 20 centners per hektaar (naby die Arktiese Oseaan) tot meer as 200 centners per hektaar in die Kaukasus. In woestyngebiede oorskry hierdie waarde nie 20 c/ha nie.
In beginsel, op die vyf warm vastelande van ons wêreld, is die intensiteit van produksie feitlik dieselfde, amper: in Suid-Amerika versamel plantegroei een en 'n half keer meer droë materiaal, as gevolg van uitstekende klimaatstoestande. Daar is die produktiwiteit van natuurlike en kunsmatige ekosisteme maksimum.
Wat voed mense?
Ongeveer 1,4 miljard hektaar op die oppervlak van ons planeet is plantasies van gekweekte plante wat ons van voedsel voorsien. Dit is ongeveer 10% van alle ekosisteme op die planeet. Vreemd genoeg, maar net die helfte van die gevolglike produkte gaan direk na menslike voedsel. Alles anders word as troeteldierkos gebruik en gaan nadie behoeftes van industriële produksie (nie verwant aan die produksie van voedselprodukte nie). Wetenskaplikes maak al lankal die alarm: die produktiwiteit en biomassa van ons planeet se ekosisteme kan nie meer as 50% van die mensdom se behoeftes aan proteïen voorsien nie. Eenvoudig gestel, die helfte van die wêreld se bevolking leef in toestande van chroniese proteïenhonger.
Biosenose-rekordhouers
Soos ons reeds gesê het, word ekwatoriale woude gekenmerk deur die hoogste produktiwiteit. Dink net daaraan: meer as 500 ton droëmateriaal kan op een hektaar van so 'n biosenose val! En dit is ver van die limiet af. In Brasilië, byvoorbeeld, produseer een hektaar bos van 1200 tot 1500 ton (!) organiese materiaal per jaar! Dink net: daar is tot twee senters organiese materiaal per vierkante meter! In die toendra op dieselfde gebied word nie meer as 12 ton gevorm nie, en in die woude van die middelgordel - binne 400 ton. Landbou-ondernemings in daardie dele gebruik dit aktief: die produktiwiteit van 'n kunsmatige ekosisteem in die vorm van 'n suiker rietveld, wat tot 80 ton droëmateriaal per hektaar kan opgaar, kan nêrens anders fisies sulke opbrengste lewer nie. Die Orinoco- en Mississippibaaie, sowel as sommige gebiede van Tsjad, verskil egter min daarvan. Hier, vir 'n jaar lank, "gee" ekosisteme tot 300 ton stowwe per hektaar gebied uit!
Results
Daarom moet die evaluering van produktiwiteit op grond van die primêre stof uitgevoer word. Die feit is dat sekondêre produksie nie meer as 10% van hierdie waarde is nie, die waarde daarvan fluktueer baie, en daarom 'n gedetailleerde ontledinghierdie aanwyser is eenvoudig onmoontlik.
