Setiap tahun, orang ramai semakin berkurangan sumber planet ini. Tidak menghairankan bahawa baru-baru ini penilaian tentang berapa banyak sumber yang boleh disediakan oleh biocenosis tertentu menjadi sangat penting. Hari ini, produktiviti ekosistem adalah amat penting apabila memilih cara mengurus, memandangkan kebolehlaksanaan ekonomi kerja secara langsung bergantung pada jumlah pengeluaran yang boleh diperolehi.
Berikut ialah soalan utama yang dihadapi oleh saintis hari ini:
- Berapa banyak tenaga suria yang tersedia dan berapa banyak yang diasimilasikan oleh tumbuhan, bagaimanakah ia diukur?
- Apakah jenis ekosistem yang paling produktif dan menghasilkan pengeluaran paling utama?
- Apakah faktor yang mengehadkan pengeluaran utama secara tempatan dan global?
- Apakah kecekapan tumbuhan menukar tenaga?
- Apakah perbezaan antara kecekapanasimilasi, pengeluaran yang lebih bersih dan kecekapan alam sekitar?
- Bagaimanakah ekosistem berbeza dalam jumlah biojisim atau isipadu organisma autotrof?
- Berapa banyak tenaga yang tersedia untuk orang ramai dan berapa banyak yang kita gunakan?
Kami akan cuba menjawab sekurang-kurangnya sebahagiannya dalam rangka artikel ini. Pertama, mari kita berurusan dengan konsep asas. Jadi, produktiviti ekosistem ialah proses pengumpulan bahan organik dalam jumlah tertentu. Apakah organisma yang bertanggungjawab untuk kerja ini?
Autotrof dan heterotrof
Kita tahu bahawa sesetengah organisma mampu mensintesis molekul organik daripada prekursor tak organik. Mereka dipanggil autotrof, yang bermaksud "makan sendiri". Sebenarnya, produktiviti ekosistem bergantung kepada aktiviti mereka. Autotrof juga dirujuk sebagai pengeluar utama. Organisma yang mampu menghasilkan molekul organik kompleks daripada bahan tak organik ringkas (air, CO2) selalunya tergolong dalam kelas tumbuhan, tetapi sesetengah bakteria mempunyai keupayaan yang sama. Proses di mana mereka mensintesis organik dipanggil sintesis fotokimia. Seperti namanya, fotosintesis memerlukan cahaya matahari.
Kita juga harus menyebut laluan yang dikenali sebagai kemosintesis. Sesetengah autotrof, terutamanya bakteria khusus, boleh menukar nutrien tak organik kepada sebatian organik tanpa akses kepada cahaya matahari. Terdapat beberapa kumpulan kemosintetikbakteria di laut dan air tawar, dan ia adalah biasa terutamanya dalam persekitaran dengan kandungan hidrogen sulfida atau sulfur yang tinggi. Seperti tumbuhan yang mengandungi klorofil dan organisma lain yang mampu sintesis fotokimia, organisma kemosintetik adalah autotrof. Walau bagaimanapun, produktiviti ekosistem lebih kepada aktiviti tumbuh-tumbuhan, kerana dialah yang bertanggungjawab untuk pengumpulan lebih daripada 90% bahan organik. Chemosynthesis memainkan peranan yang tidak seimbang dalam hal ini.
Sementara itu, banyak organisma hanya boleh mendapatkan tenaga yang mereka perlukan dengan memakan organisma lain. Mereka dipanggil heterotrof. Pada dasarnya, ini termasuk semua tumbuhan yang sama (mereka juga "makan" bahan organik siap pakai), haiwan, mikrob, kulat dan mikroorganisma. Heterotrof juga dipanggil "pengguna".
Peranan tumbuhan
Sebagai peraturan, perkataan "produktiviti" dalam kes ini merujuk kepada keupayaan tumbuhan untuk menyimpan sejumlah bahan organik. Dan ini tidak menghairankan, kerana hanya organisma tumbuhan boleh menukar bahan bukan organik menjadi organik. Tanpa mereka, kehidupan itu sendiri di planet kita akan menjadi mustahil, dan oleh itu produktiviti ekosistem dipertimbangkan dari kedudukan ini. Secara umum, soalannya sangat mudah: jadi berapa banyak bahan organik yang boleh disimpan oleh tumbuhan?
Biocenoses manakah yang paling produktif?
Cukup pelik, tetapi biosenos buatan manusia jauh sekali daripada menjadi yang paling produktif. Hutan, paya, selva sungai tropika besar dalam hal iniberada jauh di hadapan. Di samping itu, biocenoses inilah yang meneutralkan sejumlah besar bahan toksik, yang, sekali lagi, memasuki alam semula jadi akibat aktiviti manusia, dan juga menghasilkan lebih daripada 70% oksigen yang terkandung dalam atmosfera planet kita. By the way, banyak buku teks masih menyatakan bahawa lautan Bumi adalah "bakul roti" yang paling produktif. Cukup aneh, tetapi kenyataan ini sangat jauh dari kebenaran.
Paradoks Lautan
Adakah anda tahu apa dibandingkan dengan produktiviti biologi ekosistem laut dan lautan? Dengan separuh padang pasir! Jumlah biojisim yang besar dijelaskan oleh fakta bahawa ia adalah hamparan air yang menduduki sebahagian besar permukaan planet. Oleh itu, penggunaan laut yang diramalkan berulang kali sebagai sumber nutrien utama untuk semua manusia pada tahun-tahun akan datang adalah mustahil, kerana kemungkinan ekonomi untuk ini adalah sangat rendah. Walau bagaimanapun, produktiviti rendah ekosistem jenis ini sama sekali tidak menjejaskan kepentingan lautan untuk kehidupan semua makhluk hidup, jadi ia perlu dilindungi dengan berhati-hati yang mungkin.
Pencinta alam sekitar moden mengatakan bahawa kemungkinan tanah pertanian masih jauh dari kehabisan, dan pada masa hadapan kita akan dapat memperoleh lebih banyak hasil daripada mereka. Harapan khusus diletakkan pada sawah padi, yang boleh menghasilkan sejumlah besar bahan organik yang berharga kerana ciri uniknya.
Maklumat asas tentang produktiviti sistem biologi
Produktiviti ekosistem keseluruhanditentukan oleh kadar fotosintesis dan pengumpulan bahan organik dalam biocenosis tertentu. Jisim bahan organik yang dicipta setiap unit masa dipanggil pengeluaran primer. Ia boleh dinyatakan dalam dua cara: sama ada dalam Joule, atau dalam jisim kering tumbuhan. Pengeluaran kasar ialah isipadunya yang dicipta oleh organisma tumbuhan dalam unit masa tertentu, pada kadar malar proses fotosintesis. Harus diingat bahawa sebahagian daripada bahan ini akan pergi ke aktiviti penting tumbuhan itu sendiri. Bahan organik yang tinggal adalah produktiviti utama bersih ekosistem. Dialah yang pergi memberi makan kepada heterotrof, termasuk anda dan saya.
Adakah terdapat "had atas" untuk pengeluaran utama?
Ringkasnya, ya. Mari kita lihat dengan cepat betapa cekapnya proses fotosintesis pada dasarnya. Ingat bahawa keamatan sinaran suria yang sampai ke permukaan bumi sangat bergantung pada lokasi: pulangan tenaga maksimum adalah ciri zon khatulistiwa. Ia berkurangan secara eksponen apabila ia menghampiri kutub. Kira-kira separuh daripada tenaga suria dipantulkan oleh ais, salji, lautan atau padang pasir, dan diserap oleh gas di atmosfera. Sebagai contoh, lapisan ozon atmosfera menyerap hampir semua sinaran ultraungu! Hanya separuh daripada cahaya yang mengenai daun tumbuhan digunakan dalam tindak balas fotosintesis. Jadi produktiviti biologi ekosistem adalah hasil daripada menukar sebahagian kecil daripada tenaga matahari!
Apakah itu pengeluaran sekunder?
Oleh itu, produk sekunder dipanggilpertumbuhan pengguna (iaitu, pengguna) untuk jangka masa tertentu. Sudah tentu, produktiviti ekosistem bergantung kepada mereka pada tahap yang lebih rendah, tetapi biojisim inilah yang memainkan peranan paling penting dalam kehidupan manusia. Perlu diingatkan bahawa organik sekunder dikira secara berasingan pada setiap aras trofik. Oleh itu, jenis produktiviti ekosistem dibahagikan kepada dua jenis: primer dan sekunder.
Nisbah pengeluaran primer dan sekunder
Seperti yang anda fikirkan, nisbah biojisim kepada jumlah jisim tumbuhan adalah agak rendah. Walaupun di dalam hutan dan paya, angka ini jarang melebihi 6.5%. Lebih banyak tumbuhan herba dalam komuniti, lebih tinggi kadar pengumpulan bahan organik dan lebih besar percanggahan.
Mengenai kadar dan isipadu pembentukan bahan organik
Secara umumnya, kadar pengehadan pembentukan bahan organik asal primer sepenuhnya bergantung kepada keadaan radas fotosintesis tumbuhan (PAR). Nilai maksimum kecekapan fotosintesis, yang dicapai dalam keadaan makmal, ialah 12% daripada nilai PAR. Di bawah keadaan semula jadi, nilai 5% dianggap sangat tinggi dan praktikalnya tidak berlaku. Adalah dipercayai bahawa asimilasi cahaya matahari di Bumi tidak melebihi 0.1%.
Pengagihan pengeluaran utama
Perlu diingatkan bahawa produktiviti ekosistem semula jadi adalah sangat tidak sekata di seluruh planet ini. Jumlah jisim semua bahan organik yang terbentuk setiap tahun padapermukaan Bumi, adalah kira-kira 150-200 bilion tan. Ingat apa yang kami katakan tentang produktiviti lautan di atas? Jadi, 2/3 daripada bahan ini terbentuk di darat! Bayangkan sahaja: jumlah hidrosfera yang besar dan luar biasa membentuk bahan organik tiga kali lebih sedikit daripada sebahagian kecil tanah, sebahagian besar daripadanya adalah padang pasir!
Lebih daripada 90% bahan organik terkumpul dalam satu bentuk atau yang lain digunakan sebagai makanan untuk organisma heterotropik. Hanya sebahagian kecil tenaga suria disimpan dalam bentuk humus tanah (serta minyak dan arang batu, yang sedang terbentuk sehingga kini). Di wilayah negara kita, peningkatan dalam pengeluaran biologi primer berbeza-beza daripada 20 sen sehektar (berhampiran Lautan Artik) hingga lebih daripada 200 sen sehektar di Caucasus. Di kawasan padang pasir, nilai ini tidak melebihi 20 c/ha.
Pada dasarnya, di lima benua hangat di dunia kita, keamatan pengeluaran hampir sama, hampir: di Amerika Selatan, tumbuh-tumbuhan mengumpul satu setengah kali lebih banyak bahan kering, disebabkan oleh keadaan iklim yang sangat baik. Di sana, produktiviti ekosistem semula jadi dan buatan adalah maksimum.
Apakah yang memberi makan kepada orang?
Kira-kira 1.4 bilion hektar di permukaan planet kita adalah ladang tanaman yang ditanam yang menyediakan makanan kepada kita. Ini adalah kira-kira 10% daripada semua ekosistem di planet ini. Cukup aneh, tetapi hanya separuh daripada produk yang dihasilkan pergi terus ke makanan manusia. Semua yang lain digunakan sebagai makanan haiwan peliharaan dan pergi kekeperluan pengeluaran industri (tidak berkaitan dengan pengeluaran produk makanan). Para saintis telah membunyikan penggera untuk masa yang lama: produktiviti dan biojisim ekosistem planet kita boleh menyediakan tidak lebih daripada 50% keperluan manusia untuk protein. Ringkasnya, separuh daripada penduduk dunia hidup dalam keadaan kebuluran protein kronik.
Pemegang rekod biocenoses
Seperti yang telah kami katakan, hutan khatulistiwa dicirikan oleh produktiviti tertinggi. Fikirkan sahaja: lebih daripada 500 tan bahan kering boleh jatuh pada satu hektar biocenosis sedemikian! Dan ini jauh dari had. Di Brazil, sebagai contoh, satu hektar hutan menghasilkan dari 1200 hingga 1500 tan (!) bahan organik setiap tahun! Fikirkan sahaja: terdapat sehingga dua sen bahan organik setiap meter persegi! Di tundra di kawasan yang sama, tidak lebih daripada 12 tan terbentuk, dan di hutan tali pinggang tengah - dalam 400 tan. Perusahaan pertanian di bahagian tersebut secara aktif menggunakan ini: produktiviti ekosistem buatan dalam bentuk gula ladang tebu, yang boleh mengumpul sehingga 80 tan bahan kering sehektar, tidak ada tempat lain yang boleh menghasilkan hasil sedemikian secara fizikal. Walau bagaimanapun, teluk Orinoco dan Mississippi, serta beberapa kawasan di Chad, berbeza sedikit daripada mereka. Di sini, selama setahun, ekosistem “mengeluarkan” sehingga 300 tan bahan bagi setiap hektar kawasan!
Keputusan
Oleh itu, penilaian produktiviti hendaklah dijalankan berdasarkan bahan utama. Hakikatnya ialah pengeluaran sekunder tidak lebih daripada 10% daripada nilai ini, nilainya sangat turun naik, dan oleh itu analisis terperincipenunjuk ini adalah mustahil.
