Cada any, la gent esgota els recursos del planeta cada cop més. No és d'estranyar que recentment l'avaluació de quants recursos pot aportar una biocenosi particular hagi adquirit una gran importància. Avui dia, la productivitat de l'ecosistema té una importància decisiva a l'hora d'escollir una manera de gestionar, ja que la viabilitat econòmica de l'obra depèn directament de la quantitat de producció que es pugui obtenir.
Aquí tens les principals preguntes a què s'enfronten els científics avui:
- Quanta energia solar hi ha disponible i quanta l'assimilen les plantes, com es mesura?
- Quins tipus d'ecosistemes són els més productius i produeixen més producció primària?
- Quins factors limiten la producció primària a nivell local i mundial?
- Quina és l'eficiència amb què les plantes converteixen energia?
- Quines diferències hi ha entre l'eficiènciaassimilació, producció més neta i eficiència ambiental?
- Com es diferencien els ecosistemes en la quantitat de biomassa o en el volum d'organismes autòtrofs?
- Quanta energia hi ha disponible per a les persones i quanta utilitzem?
Intentarem respondre-los almenys parcialment en el marc d'aquest article. Primer, tractem els conceptes bàsics. Per tant, la productivitat d'un ecosistema és el procés d'acumulació de matèria orgànica en un volum determinat. Quins organismes són els responsables d'aquest treball?
Autòtrofs i heteròtrofs
Sabem que alguns organismes són capaços de sintetitzar molècules orgàniques a partir de precursors inorgànics. S'anomenen autòtrofs, que significa "autoalimentació". En realitat, la productivitat dels ecosistemes depèn de les seves activitats. Els autòtrofs també s'anomenen productors primaris. Els organismes que són capaços de produir molècules orgàniques complexes a partir de substàncies inorgàniques simples (aigua, CO2) pertanyen més sovint a la classe de les plantes, però alguns bacteris tenen la mateixa capacitat. El procés pel qual sintetitzen els orgànics s'anomena síntesi fotoquímica. Com el seu nom indica, la fotosíntesi requereix llum solar.
També hem d'esmentar la via coneguda com a quimiosíntesi. Alguns autòtrofs, principalment bacteris especialitzats, poden convertir nutrients inorgànics en compostos orgànics sense accés a la llum solar. Hi ha diversos grups de quimiosintèticsbacteris del mar i de l'aigua dolça, i són especialment freqüents en ambients amb un alt contingut en sulfur d'hidrogen o sofre. Igual que les plantes que porten clorofil·la i altres organismes capaços de síntesi fotoquímica, els organismes quimiosintètics són autòtrofs. Tanmateix, la productivitat de l'ecosistema és més aviat l'activitat de la vegetació, ja que és ella la responsable de l'acumulació de més del 90% de la matèria orgànica. La quimiosíntesi té un paper desproporcionadament menor en això.
Mentrestant, molts organismes només poden obtenir l'energia que necessiten menjant altres organismes. S'anomenen heteròtrofs. En principi, inclouen totes les mateixes plantes (també “mengen” matèria orgànica preparada), animals, microbis, fongs i microorganismes. Els heteròtrofs també s'anomenen "consumidors".
El paper de les plantes
Per regla general, la paraula "productivitat" en aquest cas fa referència a la capacitat de les plantes per emmagatzemar una certa quantitat de matèria orgànica. I això no és sorprenent, ja que només els organismes vegetals poden convertir les substàncies inorgàniques en orgàniques. Sense ells, la vida mateixa al nostre planeta seria impossible i, per tant, la productivitat de l'ecosistema es considera des d'aquesta posició. En general, la pregunta és extremadament senzilla: quanta matèria orgànica poden emmagatzemar les plantes?
Quines biocenosi són les més productives?
Curiosament, però les biocenosi fetes per l'home estan lluny de ser les més productives. Selves, pantans, selva de grans rius tropicals en aquest sentitestan molt per davant. A més, són aquestes biocenosi les que neutralitzen una gran quantitat de substàncies tòxiques, que, de nou, entren a la natura com a conseqüència de l'activitat humana, i també produeixen més del 70% de l'oxigen contingut a l'atmosfera del nostre planeta. Per cert, molts llibres de text encara afirmen que els oceans de la Terra són el "graner" més productiu. Curiosament, però aquesta afirmació està molt lluny de la veritat.
Paradoxa de l'oceà
Saps amb quina es compara la productivitat biològica dels ecosistemes dels mars i oceans? Amb semideserts! Els grans volums de biomassa s'expliquen pel fet que són extensions d'aigua les que ocupen la major part de la superfície del planeta. Per tant, l'ús repetidament previst dels mars com a principal font de nutrients per a tota la humanitat en els propers anys és difícilment possible, ja que la viabilitat econòmica d'això és extremadament baixa. No obstant això, la baixa productivitat d'aquest tipus d'ecosistema no perd de cap manera la importància dels oceans per a la vida de tots els éssers vius, per la qual cosa cal protegir-los amb la màxima cura possible.
Els ecologistes moderns diuen que les possibilitats de les terres agrícoles estan lluny d'esgotar-se, i en el futur podrem treure'n collites més abundants. Es dipositen especial esperances en els camps d'arròs, que poden produir una gran quantitat de matèria orgànica valuosa a causa de les seves característiques úniques.
Informació bàsica sobre la productivitat dels sistemes biològics
Productivitat global de l'ecosistemaestà determinada per la velocitat de fotosíntesi i acumulació de substàncies orgàniques en una biocenosi particular. La massa de matèria orgànica que es crea per unitat de temps s'anomena producció primària. Es pot expressar de dues maneres: o bé en Joules, o bé en la massa seca de les plantes. La producció bruta és el seu volum creat pels organismes vegetals en una determinada unitat de temps, a un ritme constant del procés de fotosíntesi. Cal recordar que part d'aquesta substància es destinarà a l'activitat vital de les mateixes plantes. La resta de matèria orgànica és la productivitat primària neta de l'ecosistema. És ella qui va a alimentar els heteròtrofs, que ens inclouen a tu i a mi.
Hi ha un "límit superior" per a la producció primària?
En resum, sí. Fem una ullada ràpida a com d'eficaç és en principi el procés de la fotosíntesi. Recordem que la intensitat de la radiació solar que arriba a la superfície terrestre depèn molt de la ubicació: el màxim retorn energètic és característic de les zones equatorials. Disminueix exponencialment a mesura que s'acosta als pols. Aproximadament la meitat de l'energia solar es reflecteix pel gel, la neu, els oceans o els deserts, i és absorbida pels gasos de l'atmosfera. Per exemple, la capa d'ozó de l'atmosfera absorbeix gairebé tota la radiació ultraviolada! Només la meitat de la llum que arriba a les fulles de les plantes s'utilitza en la reacció de la fotosíntesi. Per tant, la productivitat biològica dels ecosistemes és el resultat de convertir una part insignificant de l'energia solar!
Què és la producció secundària?
En conseqüència, s'anomenen productes secundarisel creixement dels consumidors (és a dir, dels consumidors) durant un període de temps determinat. Per descomptat, d'ells depèn en molt menor mesura la productivitat de l'ecosistema, però és aquesta biomassa la que juga el paper més important en la vida humana. Cal tenir en compte que els orgànics secundaris es calculen per separat a cada nivell tròfic. Així, els tipus de productivitat dels ecosistemes es divideixen en dos tipus: primària i secundària.
Ràtio de producció primària i secundària
Com podeu suposar, la proporció de la biomassa a la massa total de la planta és relativament baixa. Fins i tot a la selva i els pantans, aquesta xifra rarament supera el 6,5%. Com més plantes herbàcies de la comunitat, més gran és la taxa d'acumulació de matèria orgànica i més gran és la discrepància.
Sobre la velocitat i el volum de formació de substàncies orgàniques
En general, la taxa limitant de formació de matèria orgànica d'origen primari depèn completament de l'estat de l'aparell fotosintètic de les plantes (PAR). El valor màxim de l'eficiència de la fotosíntesi, que es va aconseguir en condicions de laboratori, és del 12% del valor PAR. En condicions naturals, un valor del 5% es considera extremadament alt i pràcticament no es produeix. Es creu que a la Terra l'assimilació de la llum solar no supera el 0,1%.
Distribució de producció primària
Cal tenir en compte que la productivitat de l'ecosistema natural és extremadament desigual a tot el planeta. La massa total de tota la matèria orgànica que es forma anualmentsuperfície de la Terra, és d'uns 150-200 mil milions de tones. Recordeu el que dèiem sobre la productivitat dels oceans a d alt? Per tant, 2/3 d'aquesta substància es forma a terra! Imagineu-vos: els volums gegants i increïbles de la hidrosfera formen tres vegades menys matèria orgànica que una petita part de la terra, una gran part de la qual són deserts!
Més del 90% de la matèria orgànica acumulada d'una forma o una altra s'utilitza com a aliment per als organismes heteròtrofs. Només una petita fracció de l'energia solar s'emmagatzema en forma d'humus del sòl (així com el petroli i el carbó, que s'estan formant encara avui). Al territori del nostre país, l'augment de la producció biològica primària varia des dels 20 centners per hectàrea (prop de l'oceà Àrtic) fins a més de 200 centners per hectàrea al Caucas. A les zones desèrtiques, aquest valor no supera els 20 c/ha.
En principi, als cinc continents càlids del nostre món, la intensitat de producció és pràcticament la mateixa, gairebé: a Amèrica del Sud, la vegetació acumula una vegada i mitja més matèria seca, a causa de les excel·lents condicions climàtiques. Allà, la productivitat dels ecosistemes naturals i artificials és màxima.
Què alimenta la gent?
Aproximadament 1.400 milions d'hectàrees a la superfície del nostre planeta són plantacions de plantes cultivades que ens proporcionen aliment. Això és aproximadament el 10% de tots els ecosistemes del planeta. Curiosament, però només la meitat dels productes resultants van directament a l'alimentació humana. Tota la resta s'utilitza com a menjar per a mascotes i es destinales necessitats de la producció industrial (no relacionades amb la producció de productes alimentaris). Els científics fa temps que donen l'alarma: la productivitat i la biomassa dels ecosistemes del nostre planeta no poden proporcionar més del 50% de les necessitats de proteïnes de la humanitat. En poques paraules, la meitat de la població mundial viu en condicions de fam crònica de proteïnes.
Records de biocenosi
Com ja hem dit, els boscos equatorials es caracteritzen per la major productivitat. Penseu-hi: més de 500 tones de matèria seca poden caure en una hectàrea d'aquesta biocenosi! I això està lluny del límit. Al Brasil, per exemple, una hectàrea de bosc produeix de 1200 a 1500 tones (!) de matèria orgànica per any! Pensa: hi ha fins a dos cèntims de matèria orgànica per metre quadrat! A la tundra de la mateixa àrea, no es formen més de 12 tones, i als boscos del cinturó mitjà - dins de les 400 tones. Les empreses agrícoles d'aquestes parts utilitzen activament això: la productivitat d'un ecosistema artificial en forma de sucre. camp de canya, que pot acumular fins a 80 tones de matèria seca per hectàrea, en cap altre lloc pot produir físicament aquests rendiments. Tanmateix, les badies de l'Orinoco i Mississipí, així com algunes zones del Txad, difereixen poc d'elles. Aquí, durant un any, els ecosistemes "reparteixen" fins a 300 tones de substàncies per hectàrea de superfície!
Resultats
Per tant, l'avaluació de la productivitat s'ha de dur a terme a partir de la substància primària. El fet és que la producció secundària no supera el 10% d'aquest valor, el seu valor fluctua molt i, per tant, una anàlisi detalladaaquest indicador és simplement impossible.
