/ / الإنتاجية البيولوجية للنظام البيئي

الإنتاجية البيولوجية للنظام البيئي

كل عام رجل أكثر وأكثريستنفذ موارد الكوكب. ليس من المستغرب أنه في السنوات الأخيرة ، فإن تقدير كمية الموارد التي يمكن أن يعطيها تكاثر حيوي معين له أهمية كبيرة. اليوم ، تكون إنتاجية النظام البيئي ذات أهمية حاسمة عند اختيار طريقة الإدارة ، حيث أن الصلاحية الاقتصادية للعمل تعتمد بشكل مباشر على كمية المنتجات التي يمكن الحصول عليها.

إنتاجية النظام البيئي

فيما يلي الأسئلة الرئيسية التي يواجهها العلماء اليوم:

  • ما مقدار الطاقة الشمسية المتاحة وكم يتم استيعابها بواسطة النباتات ، كيف يتم قياسها؟
  • ما هي أنواع الأنظمة الإيكولوجية التي لديها أعلى إنتاجية والتي تنتج معظم المنتجات الأولية؟
  • ما هي العوامل التي تحد من عدد المنتجات الأولية محليًا وعالميًا؟
  • ما هي الكفاءة التي يتم تحويل الطاقة بها النباتات؟
  • ما هي الاختلافات بين فعالية الاستيعاب ، الإنتاج النظيف والأداء البيئي؟
  • كيف تختلف النظم الإيكولوجية في كمية الكتلة الحيوية أو في حجم الكائنات ذاتية التغذية الذاتية؟
  • ما مقدار الطاقة المتاحة للناس ومقدار استخدامها؟

سنحاول الإجابة عليها جزئيًا على الأقلإطار من هذه المادة. أولا ، سنتعامل مع المفاهيم الأساسية. لذا ، فإن إنتاجية النظام البيئي هي عملية تراكم المواد العضوية في حجم معين. ما هي الكائنات الحية المسؤولة عن هذا العمل؟

Autotrophs و heterotrophs

الإنتاجية البيولوجية للنظم الإيكولوجية
نحن نعلم أن بعض الكائنات الحية قادرة على ذلكتوليف الجزيئات العضوية من السلائف غير العضوية. يطلق عليها اسم autotrophs ، وهو ما يعني "التغذية الذاتية". في الواقع ، تعتمد إنتاجية النظم البيئية على أنشطتها. يشار إلى Autotrophs أيضًا باسم المنتجين الأساسيين. إن الكائنات الحية القادرة على إنتاج جزيئات عضوية معقدة من مواد بسيطة غير عضوية (ماء ، CO2) ، غالباً ما تنتمي إلى فئة النباتات ، لكن بعض البكتيريا تمتلك نفس القدرات. وتسمى العملية التي يتم من خلالها تركيب المادة العضوية التوليف الضوئي الكيميائي. وبما أنه ليس من الصعب فهمه من العنوان ، فإن التركيب الضوئي يتطلب وجود ضوء الشمس.

يجب أن نذكر أيضًا الطريقة المعروفة باسمالتخليق الكيميائي. بعض autotrophs متخصصة أساسا البكتيريا التي يمكن تحويل المواد الغذائية غير العضوية في مركب عضوي دون وصول أشعة الشمس. هناك عدة مجموعات من البكتيريا التخليق الكيميائي في البحر والمياه العذبة، وغالبا ما يتم العثور عليهم في بيئات ذات المحتوى العالي من كبريتيد الهيدروجين أو الكبريت. كما النباتات الكلوروفيل وغيرها من الكائنات القادرة على تخليق الضوئي، والكائنات التخليق الكيميائي - autotrophs. ومع ذلك، فإن إنتاجية النظام البيئي تسمى معظم النشاط الغطاء النباتي، لأنه هو المسؤول عن تراكم المواد العضوية أكثر من 90٪. يلعب التخليق الكيميائي دورا أصغر بشكل غير متناسب.

وفي الوقت نفسه ، يمكن للكثير من الكائنات الحية الحصول عليهاالطاقة اللازمة ، والتغذية فقط على الكائنات الحية الأخرى. ما يطلق عليه heterotrophs. من حيث المبدأ ، فهي جميعًا نفس النباتات (كما أنها "تأكل" الكائنات العضوية الكاملة) والحيوانات والميكروبات والفطريات والكائنات الدقيقة. يسمى المتغير أيضا "المستهلكين".

دور النباتات

إنتاجية النظام البيئي
كقاعدة ، كلمة "إنتاجية" في هذاتُفهم الحالة على أنها قدرة النباتات على تخزين كمية معينة من المادة العضوية. وهذا ليس مفاجئًا ، نظرًا لأن الكائنات النباتية فقط يمكنها تحويل المواد غير العضوية إلى مواد عضوية. بدونها ، ستكون الحياة على كوكبنا مستحيلة ، وبالتالي يتم النظر إلى إنتاجية النظام البيئي من هذا الموقع. بشكل عام ، يتم طرح السؤال بكل بساطة: كم كتلة المادة العضوية التي يمكن أن تخزنها النباتات؟

أي biocenoses هي الأكثر إنتاجية؟

الغريب ، ولكن biocenoses من صنع الإنسانبعيدون عن كونهم الأكثر إنتاجية. الغابة ، المستنقعات ، والسيلفا من الأنهار الاستوائية الكبيرة هي قبلهم بكثير في هذا الصدد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه المركبات الحيوية هي التي تحيد كمية كبيرة من المواد السامة ، والتي ، مرة أخرى ، تقع في الطبيعة نتيجة للنشاط البشري ، وتنتج أيضًا أكثر من 70٪ من الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي لكوكبنا. بالمناسبة ، لا تزال العديد من الكتب المدرسية تشير إلى أن "سلة الخبز" الأكثر إنتاجية هي محيطات الأرض. والغريب في الأمر أن هذا البيان بعيد كل البعد عن الحقيقة.

"مفارقة محيطية"

كما تعلمون ، مع ما البيولوجيةإنتاجية النظم الإيكولوجية للبحار والمحيطات؟ مع شبه الصحارى! يتم تفسير كميات كبيرة من الكتلة الحيوية من حقيقة أنه هو المساحات المائية التي تشغل معظم سطح الكوكب. لذا ، فإن الاستخدام المتكرر المتوقع للبحار كمصدر رئيسي للمغذيات للبشرية جمعاء في السنوات القادمة يكاد يكون ممكنا ، لأن التبرير الاقتصادي لذلك منخفض للغاية. ومع ذلك ، فإن انخفاض إنتاجية النظم الإيكولوجية من هذا النوع لا ينتقص بأي حال من أهمية المحيطات لحياة جميع الكائنات الحية ، لذلك يجب أن يتم حراستها بأقصى قدر ممكن من الحذر.

يقول علماء البيئة الحديثة أن الفرصالأراضي الزراعية بعيدة عن استنفادها ، وفي المستقبل سنتمكن من الحصول على حصاد أكثر وفرة منها. يتم وضع آمال خاصة على حقول الأرز ، والتي يمكن أن تعطي كمية كبيرة من المواد العضوية القيمة بسبب خصائصها الفريدة.

معلومات أساسية عن إنتاجية النظم البيولوجية

وتسمى إنتاجية النظام البيئي
بشكل عام ، وإنتاجية النظام البيئييتم تحديده من خلال معدل التمثيل الضوئي وتراكم المواد العضوية في تكاثر بيولوجي معين. تسمى الكتلة من المادة العضوية ، التي يتم إنشاؤها لكل وحدة زمنية ، بالإنتاج الأولي. يمكن التعبير عنها بطريقتين: إما في جول ، أو في كتلة جافة من النباتات. الناتج الإجمالي هو حجمه ، الذي أنشأته الكائنات النباتية لفترة معينة من الزمن ، بمعدل ثابت من التمثيل الضوئي. يجب أن نتذكر أن جزءا من هذه المادة سوف يذهب إلى النشاط الحيوي للنباتات نفسها. المواد العضوية المتبقية هي الإنتاجية الأولية الصافية للنظام الإيكولوجي. انها هي التي تذهب إلى النظام الغذائي من الكائنات ، بما في ذلك لنا.

هل هناك "حد أعلى" للإنتاج الأولي؟

باختصار ، نعم. دعونا ننظر بإيجاز في كيفية ، من حيث المبدأ ، عملية التمثيل الضوئي فعالة. تذكر أن شدة الإشعاع الشمسي التي تصل إلى سطح الأرض تعتمد بشكل كبير على الموقع: إن أقصى كفاءة للطاقة هي خاصية مميزة للمناطق الاستوائية. ينخفض ​​بشكل كبير ونحن نقترب من القطبين. ما يقرب من نصف الطاقة الشمسية ينعكس بالجليد أو الثلج أو المحيطات أو الصحاري ، يتم امتصاصه بواسطة الغازات في الغلاف الجوي. على سبيل المثال ، تمتص طبقة الأوزون في الغلاف الجوي تقريباً كل الأشعة فوق البنفسجية! يتم استخدام نصف الضوء الذي يقع على أوراق النباتات فقط في تفاعل التمثيل الضوئي. لذا فإن الإنتاجية البيولوجية للنظم البيئية هي نتيجة لتحويل جزء ضئيل من طاقة الشمس!

ما هو الإنتاج الثانوي؟

وفقا لذلك ، يتم استدعاء المنتجات الثانويةنمو المستهلكين (أي المستهلكين) لفترة معينة من الزمن. وبطبيعة الحال ، تعتمد إنتاجية النظام الإيكولوجي عليها بدرجة أقل بكثير ، ولكن هذه الكتلة الحيوية هي التي تلعب أهم دور في حياة الإنسان. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المواد العضوية الثانوية تحسب بشكل منفصل في كل مستوى غذائي. وبالتالي ، تنقسم أنواع إنتاجية النظام البيئي إلى نوعين: الأول والثاني.

نسبة المنتجات الأولية والثانوية

إنتاجية النظام البيئي الطبيعي
كما يمكن للمرء أن يخمن ، الكتلة الحيوية وكتلة النبات الكلي صغير نسبيا. حتى في الغابة والمستنقعات ، نادرًا ما يتجاوز هذا المؤشر مستوى 6.5٪. وكلما ازدادت النباتات العشبية في المجتمع ، ارتفع معدل تراكم المادة العضوية وزيادة التناقض.

على معدل وحجم تكوين المواد العضوية

بشكل عام ، سرعة التعليمالمادة العضوية ذات المنشأ الأساسي تعتمد تماما على حالة جهاز التمثيل الضوئي للنباتات (PHA). الحد الأقصى لقيمة كفاءة التمثيل الضوئي ، التي تم تحقيقها في المختبر ، هو 12 ٪ من قيمة العاثية. في ظل الظروف الطبيعية ، تعتبر قيمة 5 ٪ مرتفعة للغاية وعمليا لا يحدث. ويعتقد أنه على الأرض لا يتجاوز امتصاص أشعة الشمس 0.1٪.

توزيع المنتجات الأولية

وتجدر الإشارة إلى أن إنتاجية الطبيعيةالنظام البيئي - قطعة بشكل غير متساو للغاية في جميع أنحاء المعمورة. الوزن الكلي لجميع المواد العضوية التي تشكل على سطح الأرض كل عام هو النظام 150-200 مليار طن. نتذكر ما قلناه عن إنتاجية المحيطات أعلاه؟ لذا، 2/3 من هذه المادة تشكلت على الأرض! ولكم أن تتخيلوا: كميات هائلة عملاقة من النموذج المائي ثلاث مرات أقل العضوية من قطعة صغيرة من الأرض، وجزء كبير منها من الصحراء!

أكثر من 90٪ من المادة العضوية المتراكمة في واحد أو آخريذهب هذا النوع إلى الغذاء للكائنات غيرية التغذية. يتم تخزين جزء ضئيل فقط من الطاقة الشمسية في شكل الدبال التربة (وكذلك النفط والفحم ، والتي هي تشكيل حتى اليوم). على أراضي بلدنا ، تختلف الزيادة في الإنتاج البيولوجي الأساسي من 20 c / ha (بالقرب من المحيط المتجمد الشمالي) إلى أكثر من 200 c / ha في القوقاز. في المناطق الصحراوية ، لا تتجاوز هذه القيمة 20 ف / هكتار.

إنتاجية النظام البيئي الاصطناعي
من حيث المبدأ ، في القارات الخمس الدافئة لدينالا تختلف كثافة الإنتاج عمليا ، تقريبا: في أمريكا الجنوبية ، يتراكم الغطاء النباتي مرة ونصف مرة أكثر من المادة الجافة ، وهو ما يرجع إلى الظروف المناخية الممتازة. هناك إنتاجية للأنظمة البيئية الطبيعية والاصطناعية هي الحد الأقصى.

ما الذي يوفر الغذاء للناس؟

حوالي 1.4 مليار هكتار يشغلهاسطح مزارع كوكبنا التي تزرعها النباتات البشرية التي تزودنا بالغذاء. هذا هو حوالي 10 ٪ من جميع النظم الإيكولوجية على كوكب الأرض. ومن المفارقات أن نصف الإنتاج فقط يذهب مباشرة إلى طعام الناس. كل ما تبقى يستخدم كغذاء للحيوانات الأليفة ويذهب إلى احتياجات الإنتاج الصناعي (لا علاقة لها بإنتاج الطعام). لطالما انزعج العلماء: فالإنتاجية والكتلة الحيوية للنظم الإيكولوجية في كوكبنا لا يمكن أن توفر أكثر من 50٪ من احتياجات البشرية في البروتين. ببساطة ، يعيش نصف سكان العالم في ظروف تجويع بروتيني مزمن.

حاملي سجلات Biocenoses

كما سبق أن قلنا ، وأعظم الإنتاجيةتتميز بالغابات الاستوائية. مجرد التفكير: في هكتار واحد من المجتمع البيئي يمكن أن تغطي أكثر من 500 طن من مادة جافة! وهذا ليس الحد المسموح به. في البرازيل، على سبيل المثال، هكتار واحد من الغابات تنتج ما بين 1200 و 1500 طن (!) من المادة العضوية لمدة سنة! فكر في ذلك فقط: هناك ما يصل إلى اثنين centners من المواد العضوية لكل متر مربع! في التندرا في نفس المنطقة تتشكل لا يزيد عن 12 م، وغابات قطاع متوسط ​​- ضمن 400 متر هذا استخدام بنشاط مزارع الماشية في تلك الأجزاء :. النظام البيئي الصناعي الإنتاجية في حقل قصب السكر، والتي يمكن أن تتراكم تصل إلى 80 طن من المادة الجافة هكتار ، في أي مكان آخر لا يمكن إعطاء مثل هذه المحاصيل جسديا. ومع ذلك، يختلف قليلا من الخلجان على أورينوكو، ميسيسيبي، وكذلك بعض المناطق من تشاد. هنا، للسنة للنظام الإيكولوجي "إعطاء" ما يصل إلى 300 طنا من المواد في الهكتار الواحد!

النتائج

الإنتاجية والكتلة الحيوية للنظم الإيكولوجية
وبالتالي ، ينبغي لتقييم الإنتاجيةلأنه عقد على مادة الأولية. حقيقة أن المنتجات الثانوية ليست أكثر من 10٪ من هذه القيمة، والقيمة التي تختلف اختلافا كبيرا، وهكذا تفعل تحليلا مفصلا لهذا المؤشر هو ببساطة مستحيل.

اقرأ المزيد: