Наиболее продуктивна экосистема. Биологическая продуктивность экосистемы
Одним из свойств живого вещества является способность образовывать органическое вещество, которое является продукцией. Образование продукции в единицу времени на единицу площади или объема выраженная в единицах массы – называется продуктивностью экосистем.
Если продукция образованна растениями она называется первичными, если животными – вторичными. Наряду с продукцией выделяю понятие биомассы, под которой понимают все живые составляющие экосистемы или ее компонентов. Биомасса определяется по формуле:
Б = ∑П – Д,
где П – сумма продукции; Д – траты на дыхание;
До 50ых годов прошлого столетия считалось что наиболее продуктивными являются экосистемы океанов, затем было установлено что отдаленные экосистемы морей и океанов по продуктивности можно отнести к экосистемам пустынь. И наиболее продуктивными считаются экосистемы тропических лесов, тайги и искусственных насаждений созданных человеком. В биосфере выделяют зоны с высокой продуктивностью живого вещества (сгущение живого вещества ), или по Вернадскому пленку жизни. Это явление, как правило, приурочено к так называемому краевому эффекту, когда на стыке различных сред складываются наиболее благоприятные условия развития и жизнедеятельности организмов.
В океане выделяют:
Планктонную или поверхностную пленку;
Донную или бентосную.
На суши выделяют:
Приземно-воздушную пленку, заключенную между верхним слоем почвы и верхушкой растительного покрова;
Почвенную пленку, мощность которой составляет 1-2 метра и ограниченна, в основном, глубиной проникновения корней.
Кроме того различают локальные сгущения живого вещества,
В океане выделяют:
1.прибрежные зоны океана – на стыке наземной водной и воздушной сред, особенно в местах впадения рек в моря и океаны, так называемые – эстуарии.
2.Каралловые рифы – высокая численность живого вещества, обусловленная благоприятным температурным режимом, фильтрующим типом питания большинства организмов и большим количеством симбиотических отношений.
3.Апвелинговые зоны – возникают на участках, где имеет место восходящий ток воды от дна к поверхности, который несет собой большое количество органики, а в результате перемешивания различных слоев, вода обогащается кислородом.
4.Саргассовые сгущения – представлены большим количеством плавающих водорослей, например саргассовы в саргассовом море и филофорных в черном море.
5.Рифтовые глубоководные сгущения – открыты и 70 годах прошлого столетия располагаются на глубине 2-3 тыс. м., организмы получают тепло из разломов морского дна которые называются рифами, а энергию для жизнедеятельности получают за счет хемосинтеза (за счет расщепления химических соединений в основном серосодержащих);
На суше выделяют:
1.экосистемы пойм рек, периодически заливаемых водой
2.Экосистемы тропических и субтропических берегов морей в местах хорошо обеспеченных теплом.
3.Экосистемы небольших внутренних водоемов, богатых органикой (прудов и озер)
Продуктивность экосистемы. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, не диссипирует,- а накапливается в виде органических соединений. Безостановочное производство живой материи (биомассы) - один из фундаментальных процессов биосферы.[ ...]
ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛАНДШАФТА - способность ландшафта производить биологическую продукцию. См. Биологическая продуктивность экосистемы.[ ...]
Продуктивность экосистемы - скорость образования биологического вещества (биомассы) в единицу времени.[ ...]
Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы, например, засухи, ее уже не восстановить из-за разрушения генотипа. Но для жизни человечества они (экосистемы) необходимы, поэтому наша задача сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.[ ...]
Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелеными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза (хемопродуцентами). Эта энергия материализуется в виде органических веществ тканей продуцентов.[ ...]
Состояние экосистемы - численность и соотношение организмов - управляется и определяется потоком энерши, обеспечиваемой первичной ее продуктивностью: чем выше продуктивность, тем весомее биотическая часть экосистемы. Как было показано, продукт тиввооть экосистемы зависит от потока солнечной энергии, получаемого сиотемой. Однако это не единственный фактор, определяющий продуктивность. Ухудшение плодородия почвы веизбежво приводит к онижевию энергетического потенциала экое и о темы и деградации последней (опустынивание территории).[ ...]
| 17.1 |
Биологическая продуктивность экосистемы - скорость создания в них биомассы, т.е. массы тела живых организмов. Размерность продуктивности - масса/время площадь (объем).[ ...]
Мощность биоты экосистемы определяется её продукцией, выраженной в энергетических единицах. Скорость, с которой растения в процессе фотосинтеза ассимилируют энергию солнечного света и накапливают органические вещества, составляет биологическую продуктивность экосистемы, разность которой выражается как энергия/площадь, время или масса / площадь, время. Не все органические вещества, синтезированные в процессе фотосинтеза, включаются в растительную биомассу, т.е. не все они идут на увеличение размеров и числа растений. Некоторая часть их должна быть разложена самими растениями в процессе дыхания с тем, чтобы высвободить энергию, необходимую для биосинтеза и поддержания функций жизнедеятельности самих растений. Следовательно, первичная чистая биологическая продукция экосистемы Пч будет равна всей валовой продукции растений экосистемы Пв за вычетом потерь на дыхание самих растений Пд, т.е.[ ...]
Из табл. 1.3 хорошо видно, что максимально продуктивны экосистемы суши. Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, ее экосистемы имеют годовую первичную продукцию углерода, более чем вдвое превышающую таковую Мирового Океана (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно) при относительной продуктивности наземных экосистем, в 7 раз превышающей продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океана позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованны. По-видимому, возможности в этой области невелики - уже сейчас уровень эксплуатации многих популяций рыб, китообразных, ластоногих близок к критическому, для многих промысловых беспозвоночных - моллюсков, ракообразных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях стало экономически выгодным разведение их на специализированных морских фермах, развитие марикультуры. Примерно таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а также водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ.[ ...]
В настоящее время принято считать, что чем большее число видов составляет экосистему, тем выше возможности адаптации сообщества к меняющимся условиям существования (например, кратковременным или длительным изменениям климата, а также других факторов). В ходе эволюционного развития экосистем многократно происходила смена доминирующих видов. Зачастую наиболее часто встречающиеся виды оказывались неспособными выдержать изменения действия того или иного экологического фактора, а редкие виды оказывались более стойкими и получали преимущество (например, вымирание крупных пресмыкающихся и развитие млекопитающих в конце мелового периода). Продуктивность экосистемы, таким образом, сохраняется и даже увеличивается.[ ...]
Болота, обогащенные биогенами, представляют собой самые продуктивные экосистемы, в которых обитают стаи водной дичи и многие другие животные. Общая площадь болот и переувлажненных земель на планете составляет примерно 3 млн км2. Больше всего болот в Южной Америке (почти половина) и Евразии, совсем мало - в Австралии. Болота и заболоченные территории есть во всех географических зонах, но особенно много их в тайге. В нашей стране болота занимают около 9,5% территории, причем особую ценность представляют торфяные болота, аккумулирующие в себе значительные запасы теплоты.[ ...]
Различные экологические системы характеризуются различной продуктивностью, что следует учитывать при освоении тех или иных территорий, например под сельскохозяйственное пользование. Продуктивность экосистемы зависит от ряда факторов, в первую очередь от обусловленной климатическими условиями обеспеченности теплом и влагой (табл. 2.3 и 2.4). Наиболее продуктивными являются экосистемы мелководных лиманов.[ ...]
Объективные преимущества этого метода определяются тем, что функционирование любой экосистемы изначально поддерживается непрерывным потоком энергии через ее компоненты, а интенсивность этого потока определяет динамику и продуктивность экосистемы. Все без исключения материальные потоки производственной и иной деятельности человека всегда связаны с потоками энергии и имеют ту или иную энергоемкость. Естественные и техногенные потоки энергии всегда могут быть оценены количественно. Интенсивность энергетических потоков в силу их связи с физико-географическими факторами и уровнем экономического развития всегда может быть предсказана с высокой достоверностью. Энергетический обмен в экосистемах (наряду с круговоротом вещества) является одним из главных факторов устойчивости экосистем и их самовосстано-вительного потенциала.[ ...]
Насколько регулярно осуществляется круговорот любого элемента, в т. ч. и углерода, зависит продуктивность экосистемы, что важно для сельского хозяйства и выращивания лесов. Вмешательство человека нарушает процессы круговорота. Вырубка леса и сжигание топлива влияют на круговорот углерода.[ ...]
В табл. 9 показано, что лиманы как класс местообитания стоят в одном ряду с такими естественными продуктивными экосистемами, как дождевые тропические леса и коралловые рифы. Для лиманов характерна тенденция быть более продуктивными, чем море, с одной стороны, и пресноводные бассейны - с другой. Теперь мы вновь можем свести воедино причины высокой продуктивности (см. Ю. Одум, 1961; Шельске и Ю. Одум, 1961).[ ...]
ЗАкбн МАКСИМУМА [лат. maximum наибольшее] - количественное изменение экологических условий не может увеличить биологическую продуктивность экосистемы и хозяйственную производительность агросистемы сверх вешественно-энергетических лимитов, определяемых эволюционными свойствами биологических объектов и их сообществ.[ ...]
Фотоавтотрофы (растения) составляют основную массу биоты и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в экосистеме, т.е. являются первичными производителями продукции - продуцентами экосистем. Синтезированная автотрофами новая биомасса органического вещества - это первичная продукция, а скорость ее образования - биологическая продуктивность экосистемы. Автотрофы образуют первый трофический уровень любой полночленной экосистемы.[ ...]
Ключевое слово в приведенных выше определениях - спорость. Всегда необходимо учитывать элемент времени, т. е. речь должна идти о количестве энергии, фиксированной за определенное время. Таким образом, биологическая продуктивность отличается от «выхода» в химии или промышленности. В двух последних случаях процесс заканчивается появлением определенного количества того пли иного продукта, но в биологических сообществах процесс непрерывен во времени, так что обязательно надо относить продукцию к выбранной единице времени (например, говорить о количестве пищи, произведенном за день или за год). В общем продуктивность экосистемы говорит о ее «богатстве». В богатом, или продуктивном, сообществе может быть больше организмов, чем в менее продуктивном, но иногда это бывает и не так, если организмы в продуктивном сообществе быстрее изымаются или «оборачиваются». Так, на богатом пастбище, выедаемом скотом, урожай травы на корню, очевидно, будет гораздо меньше, чем на менее продуктивном пастбище, на которое в период измерений не выгоняли скот. Наличную биомассу или урожай на корню за данное время нельзя путать с продуктивностью. Студенты, изучающие экологию, часто путают эти две величины. Первичную продуктивность системы или продукцию компонента популяции обычно нельзя определить простым подсчетом и взвешиванием (т. е. «переписью») имеющихся организмов, хотя по данным об урожае на корню можно получить верные оценки чистой первичной продуктивности, если размеры организмов велики и живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь (пример - сельскохозяйственные культуры).[ ...]
Различие в воздействии двух основных типов загрязнения на энергетику системы показано на фиг. 216. При повышении поступления до критического уровня часто возникают резкие колебания (например, в цветении водорослей), а дальнейшее увеличение поступления этих загрязнений приводит к стрессу - система в сущности оказывается отравленной «избытком благ». Быстрота, с какой в отсутствие должного контроля может произойти переход от хорошего к плохому, вносит дополнительные трудности в распознавание загрязнения и воздействие на него (это видно по тому, как круто кривая / идет вниз). В каких пределах эта модель применима, мы покажем в гл. 21.[ ...]
Крайне пагубно на природе Западной Сибири сказалась разработка запасов нефти и газа. Там создана своеобразная пустыня: с исчерпанием минеральных ресурсов не остается никаких природных благ, только искореженная земля. Она требует реанимации в продуктивные экосистемы. Т акие пути либо известны, либо должны быть найдены. Вообще конкретные программы восстановления природно-ресурсного потенциала и поиски новых путей использования природы без ее разрушения достаточно перспективны.[ ...]
Таким образом, впервые предложенный критерий воздействия нооценоза на экосистему позволяет выразить это воздействие безразмерным численным показателем и по его величине охарактеризовать степень воздействия хозяйственной деятельности человека на продуктивность экосистемы. Критерий воздействия нооценоза на экосистему позволяет оценить ее продуктивность в зависимости от влияния предприятий, человеческого общества, продуктов его труда и вредных отходов производства как при функционировании нооценозов. так и при планировании их развития, а также при целенапрапенном видоизменении экологических пирамид при планировании и выборе стратегии хозяйственной деятельности.[ ...]
Вход системы - поток солнечной энергии. Большая часть ее рассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями, преобразуется при фотосинтезе в энергию химических связей углеводов и других органических веществ. Это - валовая первичная продукция экосистемы. Часть энергии теряется в процессе дыхания растений, а часть используется в других биохимических процессах в растении и в конечном счете также рассеивается в виде тепла. Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливает прирост биомассы растений - чистую первичную продуктивность экосистемы.[ ...]
Общий поток энергии, характеризующий экосистему, состоит из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения, получаемого от близлежащих тел. Оба вида излучения определяют климатические условия среды (температуру, скорость испарения воды, движения воздуха и т. д.), но в фотосинтезе, обеспечивающем энергией живые компоненты экосистемы, используется лишь малая часть энергии солнечного излучения. За счет этой энергии создается основная, или первичная, продукция экосистемы. Следовательно, первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия используется продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме химических связей органических веществ. Первичную продуктивность Р выражают в единицах массы, энергии или эквивалентных единицах в единицу времени.[ ...]
Важнейшим показателем при определении предельных нагрузок на окружающую среду является понятие качества среды. Качество среды - совокупность параметров, удовлетворяющих условиям существования человека (экологическая ниша) и условиям существования человеческого общества. В качестве критериев качества среды могут быть использованы биологическая продуктивность экосистемы, соотношение видов, состояния трофических систем и т. п. В США качество среды характеризуется системой специальных баллов. Сумма баллов в том или ином регионе определяет качество среды.[ ...]
Экологические сукцессии - это последовательная смена экосистем при постепенном направленном изменении условий среды, например, при нарастании (или убывании) влажности или богатства почвы, при изменении климата и т.д. В этом случае экологическое равновесие как бы «скользит»: параллельно (или с некоторым отставанием) с изменениями условий среды изменяется состав живых организмов и продуктивность экосистемы, постепенно роль одних видов убывает, а других - увеличивается, разные виды выбывают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Сукцессии могут вызываться внутренними и внешними (по отношению к экосистеме) факторами, протекать очень быстро или тянуться столетиями. Если изменение среды будет резким (пожар, разлив большого количества нефти, проход колесной техники в тундре), то экологическое равновесие разрушится.[ ...]
Когда из рек отводят воду, болота вдоль их русел, не подпитываясь паводками, пересыхают, и это также ведет к исчезновению многих видов растений и животных. Болота в природе играют большую роль в очищении воды, просачивающейся сквозь их толщу в грунтовые воды. Болота являются регуляторами речного стока, они питают родники и реки. Кроме того, болота, обогащенные биогенами, представляют собой наиболее продуктивные экосистемы, служат местообитаниями многих диких животных.[ ...]
С. С. Шварц пишет: «Климатические катастрофы, не выходящие, однако, за пределы многовековых колебаний, могут снизить численность мелких млекопитающих в десятки и сотни тысяч раз, но через 2-3 сезона размножения зверьки вновь восстанавливают свою. численность до оптимума. Кажущееся же незначительным снижение численности животных, вызванное антропогенными влияниями, нередко приводит к массовому вымиранию вида» . Сохранение или реконструкция достаточно сложной, многовидовой и продуктивной экосистемы в региональном масштабе требуют глубокого и тщательного научного анализа экосистемы региона, что, к сожалению, далеко не всегда возможно при нынешнем уровне развития экологии. Представляется, однако, справедливым следующий тезис: несмотря на сложность, дороговизну и длительность экологических разработок, они должны предшествовать любому хозяйственному мероприятию, которое может вызвать экологические сдвиги регионального масштаба.[ ...]
По мысли А. Н. Тетиора , Б. - ключ к решению проблемы восстановления экологического равновесия на урбанизированных территориях. БИОПОЛЕ, биологическое поле - поле, оказывающее воздействие на живые организмы. Природа такого воздействия не ясна; проявляется в виде электромагнитных и биоэнергетических процессов. БИОПОЛИТИКА - политика, в основе которой признание неравенства рас. Б. часто является оправданием агрессивных политических или даже военных актов. См. Расизм. БИОПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМЫ - см. Биологическая продуктивность экосистемы. БИОРАЗНООБРАЗИЕ -см. Разнообразие биологическое.[ ...]
Организмами-производителями являются автотрофы - прибрежная растительность, водные многоклеточные и одноклеточные плавучие растения (фитопланктон), живущие до глубин, куда еще проникает свет. За счет энергии, поступающей через ввод, организмы-производители в процессе фотосинтеза синтезируют органическое вещество из воды и углекислого газа. Основным показателем мощности экосистемы является ее продуктивность, под которой понимают массу органического вещества в телах организмов-продуцентов. Продуктивность экосистемы зависит от количества света, воды, богатства почвы или воды органическими и минеральными соединениями.[ ...]
В условиях существенной реконструкции водных систем - полностью зарегулированный сток многих рек, создание сети разнообразных водохранилищ, использование большого числа водоемов в качестве водоемов-охладителей энергетических объектов, интенсивная эвтрофикация многих внутренних водоемов, переброска стока многих рек с севера на юг - необходим совершенно иной подход к решению проблемы повышения воспроизводства рыбных богатств. Для этого, по-видимому, еще не достаточно только детального знания экологии размножения и развития ценных видов рыб, а надо научиться искусственно формировать продуктивные экосистемы, привлекая для этих целей даже далеко не традиционные для нашей страны объекты разведения (рыбоводства). Если мы сумеем выяснить сложные процессы, связанные со степенью устойчивости и изменчивости биологических систем (организм, популяция, экосистемы), на основании детального и одностороннего анализа кинетики протекающих процессов на разном уровне биосистем и перейдем от простой формы эксплуатации рыбных ресурсов в водоемах к управлению продуктивностью водных экосистем, то мы сумеем не только предвидеть и предотвратить нежелательные для нас изменения в фауне рыб, но и повысить их продуктивность.[ ...]
Биологический мониторинг основывается на наблюдениях за параметрами окружающей среды на сети контрольных пунктов и носит локальный характер. Геосистемный мониторинг использует не только данные, полученные биологическим мониторингом, но и систему особых ключевых (тестовых) площадей и имеет региональный характер. Эти ключевые площади принято называть природными (геоэкологическими) тестовыми полигонами, на которых устанавливаются геосистемные тесты: ПДК (предельно допустимые концентрации), ЕССПС (естественная способность природной среды к самоочищению), ЭВБ (энергетически-вещественный баланс), БПЭ (биологическая продуктивность экосистемы) и др. В каждой природной зоне рекомендуют иметь по одному полигону.[ ...]
Особое экологическое значение имеет географическое происхождение степных видов. Представители родов северного происхождения, таких, как 8Ира, А горугоп и Роа, возобновляют рост ранней весной, достигают максимального развития в конце весны или начале лета (когда семена созрели), а в жаркую погоду как бы впадают в «полусон»; осенью их рост возобновляется и они остаются зелеными, несмотря на мороз. Представители родов южного происхождения, таких, как, Апс1-городоп, ВисМое и ВЫе1оиа, возобновляют рост в конце весны, растут непрерывно все лето, достигают максимума биомассы к концу лета или осенью и остальное время не растут. С точки зрения годовой продуктивности экосистемы в целом благоприятна смесь северных и южных злаков, особенно потому, что в одни годы дожди могут быть обильными весной или осенью, а в другие годы - в середине лета. Замена таких адаптированных смесей «монокультурами» приводит к колебаниям продуктивности (еще один простой экологический факт, который не понимают даже агрономы!).[ ...]
Палы играют особенно большую роль в лесных и степных районах умеренных зон и в тропических районах с засушливым сезоном. Во многих районах на западе или юго-востоке США трудно найти более или менее крупный участок, в котором хотя бы за последние 50 лет не было случая пожара. Чаще всего естественной причиной пожара служит удар молнии. Североамериканские индейцы намеренно выжигали леса и прерии. Таким образом, пожар был лимитирующим фактором еще задолго до того, как человек начал решительно изменять окружающую среду. К сожалению, неосторожным поведением современный человек часто так усиливал действие огня, что разрушал или повреждал ту самую продуктивную среду, которую хотел поддержать. Однако абсолютная защита от пожаров не всегда приводит к желанной цели, т. е. к повышению продуктивности экосистемы. Итак, стало ясно, что пожар надо рассматривать как экологический фактор наряду с температурой, атмосферными осадками и почвой и изучать этот фактор без каких бы то ни было предрассудков. Сейчас, как и в прошлом, роль огня как друга или врагг цивилизации целиком зависит от научных знаний и от контроля над ним.[ ...]
Существенно различаются методы исследования биологического и геоэкологического мониторинга. Биологический мониторинг базируется на систематическом слежении (наблюдении и контроле) за некоторыми параметрами (индикаторами) окружающей среды (геофизическими, биохимическими и биологическими), имеющими биоэкологические значения, на сети контрольных пунктов, т. е. имеет в основном локальный характер. Ключевые площади можно называть природными (геоэкологическими) тестовыми полигонами; на них разрабатываются геосистемные тесты (индикаторы) типа ПДК, ЕССПС, ЭВБ, БПЭ для мониторинга окружающей среды в целом.[ ...]
Специальный термин пермеанты был предложен Шелфордом для обозначения высокоподвижных животных, таких, как птицы, млекопитающие и летающие насекомые, которые соответствуют нектону водных экосистем. Они свободно передвигаются между ярусами и подсистемами и между развивающимися и зрелыми стадиями растительности, которые обычно образуют мозаику в большинстве ландшафтов. У многих животных разные стадии жизненного цикла проходят в разных ярусах или сообществах, так что эти животные используют все преимущества каждого из сообществ.[ ...]
Глобальное истощение окружающей среды прогрессирующей рыночной экономикой может сопровождаться поддерживанием стационарного состояния и даже видимого улучшения определенных локальных участков (регионов, стран) на основе разомкнутого круговорота веществ, т.е. непрерывного внесения необходимого количества потребляемых веществ и непрерывного удаления отходов. Однако ра-зомкнутость локального круговорота означает, что существование искусственно поддерживаемого в стационарном состоянии участка сопровождается ухудшением состояния окружающей среды в остальной части биосферы. Цветущий сад, озеро или река, поддерживаемые в стационарном состояние на базе разомкнутого круговорота веществ, гораздо опаснее для биосферы в целом, чем заброшенная, превращенная в пустыню земля. В естественных пустынях продолжает действовать принцип Ле Шателье. Лишь величина компенсации возмущений оказывается ослабленной по сравнению с более продуктивными экосистемами.[ ...]
В любой момент времени большая часть фосфора находится в связанном состоянии - либо в организмах, либо в отложениях (в органическом детрите и неорганических частицах). Не более 10% фосфора присутствует в озерах в растворимой форме. Быстрое движение в обе -стороны (обмен) идет постоянно, но существенный обмен между твердой и растворимой формами часто нерегулярен, идет «рывками», с периодами, когда фосфор только уходит из отложений, и периодами, когда он только усваивается организмами или поступает в отложения, что связано с сезонными изменениями температуры и активности организмов. Как правило, связывание фосфора идет быстрее, чем освобождение. Растения быстро накапливают фосфор в темноте и в других условиях, когда не могут его использовать. За период быстрого роста продуцентов (обычно это бывает весной) весь доступный фосфор может оказаться связанным в продуцентах и консументах. Тогда активность -системы снижается, пока не разложатся трупы, фекалии и не высвободятся биогенные элементы. Однако концентрация фосфора в данный конкретный момент мало может сказать о продуктивности экосистемы. Низкое содержание растворенного фосфата может означать, либо что -система истощена, либо что метаболизм ее весьма интенсивен; только измерив скорость потока вещества, можно понять ситуацию. Помрой (1960) так формулирует это важное положение: «Измерение концентрации растворенного фосфата в природных водоемах не дает представления о доступности фосфора. Большая его часть или даже весь фосфор системы в любой момент может находиться в живых организмах, но при этом он может совершать полный «оборот» за один час, и в результате для организмов, способных поглощать фосфор из очень разбавленных растворов, его запас все время будет достаточным. Такие системы долгое время могут оставаться биологически стабильными при кажущемся отсутствии доступного фосфора. Изложенные здесь данные позволяют предположить, что быстрый поток фосфора типичен для высокопродуктивных систем и что для поддержания высокой продукции ■органики скорость потока важнее, чем концентрация элемента».
По мере того, как человечество с упрямством, достойным лучшего применения, превращает лицо Земли в сплошной антропогенный ландшафт, всё большее практическое значение приобретает оценка продуктивности различных экосистем. Человек научился получать энергию для своих производственных и бытовых нужд самыми различными способами, но энергию для собственного питания он может получать только через фотосинтез. В пищевой цепи человека в основании почти всегда оказываются продуценты, преобразующие энергию Солнца в энергию биомассы органического вещества. Ибо это как раз та энергия, которую впоследствии могут использовать консументы и, в частности, человек. Одновременно те же самые продуценты производят необходимый для дыхания кислород и поглощают углекислый газ, причём скорость газообмена продуцентов прямо пропорциональна их биопродуктивности. Следовательно, в обобщённом виде вопрос об эффективности экосистем формулируется просто: какую энергию может запасти растительность в виде биомассы органического вещества? На верхнем рис. 3.18 приведены значения удельной (на 1 м 2) продуктивности основных типов экосистем. Из этой диаграммы видно, что сельскохо-
О 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Биопродуктивность, ккал/м? год
Мировая чистая биопродуктивность, Экал/год
Рис. 3.18. Биопродуктивность экосистем как энергия, накопленная продуцентами в процессе фотосинтеза. Мировое производство электроэнергии составляет около 10 Экал/год, а всего человечество потребляет 50-100 Экал/год. 1 Экал
(эксакалория) = 1 миллион миллиардов ккал = 10 18 кал
Смешанные леса Влажные джунгли Эстуарии и болота
Пустыни Полупустыни Открытый океан Тундра Шельф Озёра и реки Лесостепи и степи Сельхозугодья Саванна Тайга
Смешанные леса Блажные джунгли Эстуарии и болота
зяйственные угодья, создаваемые человеком, отнюдь не самые продуктивные экосистемы.
Наивысшую удельную продуктивность дают болотистые экосистемы - влажные тропические джунгли, эстуарии и лиманы рек и обычные болота умеренных широт. На первый взгляд они производят бесполезную для человека биомассу, но именно эти экосистемы очищают воздух и стабилизируют состав атмосферы, очищают воду и служат резервуарами для рек и почвенных вод, и, наконец, являются местами размножения для огромного числа рыб и других обитателей вод, используемых в пищу человеком. Занимая 10 % площади суши, они создают 40 % производимой на суше биомассы. И это без каких-либо усилий со стороны человека! Именно поэтому уничтожение и «окультуривание» этих экосистем есть не только «убийство курицы, несущей золотые яйца», но и может оказаться самоубийством для человечества. Если обратиться к нижней диаграмме рис. 3.18, то можно видеть, что вклад пустынь и сухих степей в продуктивность биосферы ничтожен, хотя они уже занимают около четверти поверхности суши и благодаря антропогенному вмешательству имеют тенденцию к быстрому росту. В долгосрочной перспективе борьба с опустыниванием и эрозией почв, то есть превращение малопродуктивных экосистем в продуктивные, - вот разумный путь для антропогенных изменений в биосфере.
Удельная биопродуктивность открытого океана почти столь же низка, как у полупустынь, а его огромная суммарная продуктивность объясняется тем, что он занимает более 50 % поверхности Земли, вдвое превосходя всю площадь суши. Попытки использовать открытый океан в качестве серьёзного источника продуктов питания в ближайшее время вряд ли могут быть экономически оправданы именно в силу его низкой удельной продуктивности. Однако его роль в стабилизации условий жизни на Земле столь велика, что охрана океана от загрязнения, особенно нефтепродуктами, совершенно необходима.
Нельзя недооценивать и вклад лесов умеренного пояса и тайги в жизнеспособность биосферы. Особенно существенна их относительная устойчивость к антропогенным воздействиям по сравнению с влажными тропическими джунглями.
Тот факт, что удельная продуктивность сельскохозяйственных угодий до сих пор в среднем намного ниже, чем у многих природных экосистем, показывает, что возможности роста производства продуктов питания на существующих площадях ещё далеко не исчерпаны. Пример - заливные рисовые плантации, в сущности - антропогенные болотные экосистемы, с их огромными урожаями, получаемыми при современной агротехнике.
Контрольная работа в 10 классе за I полугодие
- Биогеоценоз составляют:
а)растения и окружающая среда,
б)неживая среда, в которой существуют организмы.
в)все организмы и окружающая среда,
г)одно растительное сообщество
2.Рольконсументов в лесной экосистеме играют:
А)зайцы –беляки,
Б)мухоморы,
В)почвенные бактерии,
Г)осины.
3.основная роль в минерализации органических остатков принадлежит:
А)одуванчики,
Б)медведкам обыкновенным,
В)азотобактериям,
Г)дождевым червям.
4.В каком направлении осуществляются пищевые и энергетические связи:
А)консументы-продуценты-редуценты,
Б)редуценты-консументы-продуценты,
В)продуценты-консументы-редуценты,
Г)продуценты-редуценты-консументы.
5.Многократно вовлекается в биологический круговорот веществ в природе:
А)солнечная энергия,
Б)органические вещества, произведенные растениями,
В)химические элементы,
Г)органические вещества, произведенные животными.
6.Наиболее продуктивной экосистемой является:
А)джунгли,
Б)океан,
В)тайга,
Г)сосновый бор.
7.Из приведенных примеров к цепи разложения относится:
А)растения – овца- человек,
Б)растения-кузнечик-ящерицы-ястреб,
В)фитопланктон-рыбы-хищные птицы,
Г)силос- дождевые черви- бактерии
8.Укажите правильно составленную пищевую цепь:
А)клевер-ястреб-шмель-мышь,
Б)клевер-шмель-мышь-ястреб,
В)шмель-мышь-ястреб-клевер,
Г)мышь-клевер-шмель-ястреб.
9.Роль продуцента и консумента может играть:
А)эвглена зеленая,
Б) инфузория туфелька,
В) амеба обыкновенная,
Г)лямблия печеночная.
10.Живое вещество – это:
А)масса особей одного вида,
Б)масса сообщества в целом,
В)совокупность всех существующих организмов,
Г)масса всех растений и животных.
11.Кто из ученых создал учение о биосфере?
А)Ж.-Б.Ламарк,
Б)Л.Пастер,
В)В.В.Докучаев
Г)В.И.Вернадский
12.Продукты, созданные живыми организмами, называются:
А)биогенным веществом,
Б)биокоснм веществом,
В)косным веществом,
Г)живым веществом.
13.Биосфера считается открытой системой, поскольку:
А)заселена живыми организмами,
Б)расположена на границе трех геологических сред,
В)получает энергию извне,
Г)состоит из живого вещества.
А)поедают растительноядных животных,
Б)живут в сходных местах обитания,
В)имеют примерно одинаковые размеры,
Г)имеет разную кормовую базу.
1.Заполните пропуски в тексте:
Производителями органического вещества в биоценозе являются _______________________. Они используют ___________________ энергию в процессе________________________. Организмы, потребляющие готовые органические вещества, называют_____________________.
Чтобы оценить значение того или иного вида для круговорота веществ в данном биогеоценозе необходимо знать не только его биомассу, но и относительную скорость ее создания, т.е.биологическую продуктивность .
Таким образом,
Биологическая продуктивность - это скорость создания определенного количества биомассы растений, животных и микроорганизмов, входящих в состав биогеоценоза.
Биологическая продуктивность определяется количеством биомассы, синтезируемой за единицу времени на единицу площади (или объема) и выражается чаще всего в граммах углерода или сухого органического вещества или в энергетических единицах – эквивалентном числе калорий или джоулей.
Биологическую продуктивность можно выразить продукцией за сезон, за год, за несколько лет или за любую другую единицу времени.
Для наземных и донных организмов биологическая продуктивность определяется количеством биомассы на единицу площади, а для планктонных и почвенных - на единицу объема.
Ключевое слово в понятии продуктивность – скорость. Однако вместо термина «продуктивность» часто используется термин «продукция», но при этом все равно учитывается фактор времени.
Биологическую продуктивность нельзя смешивать с биомассой.
Биомасса - это выраженное в единицах массы (веса) или энергии количество живого вещества тех или иных организмов, обитающих на исследуемой площади или в исследуемом объеме.
Например:
планктонные водоросли за год на единицу площади синтезируют столько же органического вещества, сколько и высокопродуктивные леса, однако биомасса последних в сотни тысяч раз больше;
популяции мелких млекопитающих по сравнению с крупными обладают большей скоростью роста и размножения и поэтому имеют более высокую продуктивность при равной биомассе.
Различают первичную и вторичную продуктивность экосистем.
Первичная продуктивность экосистем - это скорость, с которой автотрофные организмы (продуценты) в процессе фотосинтеза связывают солнечную энергию и запасают ее в форме химических связей органических веществ, т.е. скорость образования биомассы органического вещества автотрофами (продуцентами).
Первичная продуктивность подразделяется на валовую и чистую продуктивность.
Валовая первичная продуктивность – это скорость накопления органического вещества продуцентами, включая затраты на дыхание (т.е. включая ту его часть, которая будет израсходована в процессах жизнедеятельности растений).
Так, например, в тропических лесах и зрелых лесах умеренной зоны затраты на дыхание составляют 40-70%, а у планктонных водорослей и у большинства сельскохозяйственных культур – 40%.
Чистая первичная продуктивность – это скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом той его части, которая использовалась на дыхание растений.
Поэтому чистая первичная продукция, накопленная в виде биомассы растений всегда меньше валовой первичной продукции, созданной ими в процессе фотосинтеза.
Чистая первичная продуктивность автотрофных организмов (продуцентов) может служить источником питания для гетеротрофных организмов, которые на ее основе образуют свою биомассу.
Вторичная продуктивность - это скорость образования биомассы гетеротрофными организмами (консументами).
Вторичная продуктивность уже не делится на валовую и чистую продуктивность, так как гетеротрофы увеличивают свою массу за счет первичной ранее созданной продукции.
Вторичную продуктивность рассчитывают отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост биомассы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего уровня.
При этом необходимо учитывать, что при переходе с одного трофического уровня консументов на другой значительная часть энергии расходуется в процессах жизнедеятельности, поэтому вторичная продукция каждого последующего трофического уровня будет меньше продукции предыдущего.
Если в экосистеме скорость образования чистой первичной продукции выше темпов переработки ее консументами, то это ведет к увеличению биомассы продуцентов.
Если при этом присутствует недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения редуцентами, то происходит накопление мертвого органического вещества (в форме каменного угля, горючих сланцев, сухих листьев и т.д.).
В стабильных экосистемах биомасса остается постоянной, так как практически вся созданная продукция расходуется в цепях питания разнообразными консументами и редуцентами, т.е. природа стремится использовать полностью валовую продукцию.
Однако равенство между приходом и расходом продукции – явление достаточно редкое и наблюдается в наиболее стабильных сообществах, например, в тропической зоне. Однако это создает объективные трудности для развития там сельского хозяйства.
Человек, выжигая пышный тропический лес надеется получить на освободившейся территории высокие урожаи. Однако вскоре оказывается, что почвы на этой территории абсолютно бесплодны – вся годовая продукция росшего на этом месте леса потреблялась различными консументами и редуцентами и в почвах ничего не откладывалось.
Кроме первичной и вторичной продукции биогеоценозов, различают промежуточную и конечную продукцию.
Промежуточная продукция - это продукция, которая после потребления членами биогеоценоза снова возвращается в круговорот веществ этой системы.
Конечная продукция - это продукция, которая выводится за пределы данной экосистемы.
Например, продукция, получаемая человеком в процессе возделывания сельскохозяйственных культур, разведения домашних животных, охоты, промысла и т.д.
Продуктивность различных экосистем неодинакова и зависит от ряда экологических факторов, в первую очередь, климатических (тепло, влага и др).
При этом первичная продукция органического вещества в экосистемах, богатых жизнью, может превосходить продукцию сравнительно бедных экосистем более, чем в 50 раз.
Наиболее продуктивны экосистемы эстуариев и коралловых рифов (средняя продуктивность достигает 20 г / м 2 в сутки), влажных тропических лесов и болот (средняя продуктивность составляет 10 г / м 2 в сутки).
Высокопродуктивные экосистемы встречаются там, где климатические условия благоприятны, особенно при дополнительном поступлении в экосистему энергии извне.
Поступление энергии со стороны абиотических компонентов уменьшает затраты живых организмов на поддержание собственной жизнедеятельности, т.е. они компенсируют свои затраты на дыхание.
Например, энергия приливов повышает продуктивность природной прибрежной экосистемы, компенсируя потери энергии при дыхании.
Низкой продуктивностью (0,1-0,5 г / м 2 в сутки) характеризуются экосистемы пустынь и тундр, в которых дефицит влаги и тепла лимитирует развитие низшего трофического уровня, а также открытые воды морей и океанов, где при избытке воды объем органических веществ сравнительно невысок.
При этом необходимо отметить, что большая часть земного шара покрыта океанами и пустынями с низкой продуктивностью, тогда как высокая продуктивность характерна для сравнительно незначительных участков Земли (эстуарии, коралловые рифы, болота, влажные леса).
Изменение первичной продуктивности экосистем по направлению с севера на юг происходит в следующем порядке:
в наземных арктических биогеоценозах продуктивность низкая, а арктические моря, так же как и антарктические являются высокопродуктивными;
в тропиках огромная часть суши занята малопродуктивными пустынями, бедны и моря этой зоны;
в экваториальной зоне располагаются самые высокопродуктивные биогеоценозы коралловых рифов, эстуариев, болот и особенно влажных тропических лесов.
По мере продвижения с севера на юг увеличивается удельное количество солнечной энергии, попадающей на единицу поверхности Земли, что приводит к большему количеству видов, накоплению более значительной биомассы и повышению продуктивности экосистем суши.
В морских экосистемах иная ситуация, чем на суше.
Высока продуктивность северных морей, а также морей крайних южных широт, где из глубин поступают холодные воды, богатые кислородом и биогенами. В теплой воде кислород растворяется хуже и мало биогенов (тропики богаты видами, но сравнительно мало продуктивны).
Общая чистая первичная продуктивность на Земле составляет 170 млрд. тонн в год, из которых 115 млрд. тонн дают экосистемы суши, а 55 млрд. тонн - экосистемы морей.
Вторичная продукция (биомасса гетеротрофных организмов, прежде всего животных - зоомасса), во много раз меньше первичной продукции (биомассы растений - фитомассы).
В разных экосистемах зоомасса составляет незначительную долю биомассы (от 0,05% до 5% всей биомассы), тем не менее животные суши играют большую роль в регулировании процессов, происходящих в отдельных экосистемах и биосфере в целом.
Совершенно очевидно, что жизнь людей, их производственная деятельность зависят от продуктивности основных биогеоценозов, от первичной продукции и ее мирового распределения.
Питание людей обеспечивается главным образом сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10% площади суши и дающие примерно 9,1 млрд. тонн органического вещества в год, что составляет значительную часть мировых ресурсов.
Кроме того, огромная масса первичной продукции используется человеком как техническое сырье в промышленности и быту (топливо, хлопок, лен, эфиромасличные культуры и др.), причем около 50% теряется в отходах.
Но человек потребляет не только первичную продукцию. Он изымает из биосферы большое количество вторичной продукции в виде животной пищи, расходы которой подсчитать очень трудно.
Таким образом, имеющиеся представления о продуктивности экосистем и мировом распределении первичной продукции дают возможность ориентироваться в обстановке, сложившейся на нашей планете и на строго научной основе разрабатывать мероприятия по рациональному использованию природных ресурсов.
