Năng suất sinh học của hệ sinh thái

Hàng năm một người đàn ông cạn kiệt nguồn lực của hành tinh ngày càng nhiều. Không có gì đáng ngạc nhiên rằng trong những năm gần đây, ước tính có bao nhiêu nguồn tài nguyên mà một biocenosis nhất định có thể cung cấp là rất quan trọng. Ngày nay, năng suất của hệ sinh thái có tầm quan trọng quyết định khi lựa chọn phương pháp quản lý, vì hiệu lực kinh tế của công việc phụ thuộc trực tiếp vào số lượng sản phẩm có thể thu được.

Dưới đây là những vấn đề chính mà các nhà khoa học đang phải đối mặt hôm nay:

• Bao nhiêu năng lượng mặt trời có sẵn và bao nhiêu được đồng hóa bởi thực vật, nó được đo như thế nào?
• Những loại hệ sinh thái nào có năng suất cao nhất và sản xuất những sản phẩm chủ yếu nhất?
• Những yếu tố nào hạn chế số lượng các sản phẩm chính ở địa phương và trên toàn thế giới?
• Hiệu suất năng lượng được chuyển đổi từ cây trồng là gì?
• Sự khác nhau giữa hiệu quả thu thập, sản lượng ròng và hiệu suất môi trường là gì?
• Các hệ sinh thái khác nhau như thế nào về lượng sinh khối hoặc khối lượng của các sinh vật tự dưỡng?
• Có bao nhiêu năng lượng cho mọi người và chúng ta sử dụng bao nhiêu?

Chúng tôi sẽ cố gắng ít nhất một phần trả lời chúng trong khuôn khổ bài viết này. Trước tiên, chúng ta sẽ giải quyết các khái niệm cơ bản. Do đó, năng suất của một hệ sinh thái là quá trình tích tụ chất hữu cơ trong một thể tích nhất định. Những sinh vật nào chịu trách nhiệm cho công việc này?

Autotrophs và heterotrophs

Chúng ta biết rằng một số sinh vật có khả năng tổng hợp các phân tử hữu cơ từ tiền chất vô cơ. Chúng được gọi là autotrophs, có nghĩa là "tự ăn." Trên thực tế, năng suất của các hệ sinh thái phụ thuộc vào hoạt động của chúng. Autotrophs còn được gọi là các nhà sản xuất chính. Các sinh vật có khả năng tạo ra các phân tử hữu cơ phức tạp từ các chất vô cơ đơn giản (nước, CO2), thường thuộc về loại thực vật, nhưng một số vi khuẩn có cùng khả năng. Quá trình tổng hợp chất hữu cơ được gọi là tổng hợp quang hóa. Vì nó không phải là khó hiểu từ tiêu đề, quang hợp đòi hỏi sự hiện diện của ánh sáng mặt trời.

Chúng ta cũng cần phải đề cập đến con đường được gọi là sự tổng hợp hóa học. Một số autotrophs, chủ yếu là các vi khuẩn chuyên biệt, có thể biến đổi các chất dinh dưỡng vô cơ thành các hợp chất hữu cơ mà không cần tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Có một số nhóm vi khuẩn hóa học trong nước biển và nước ngọt, và chúng đặc biệt được tìm thấy trong môi trường có hàm lượng hydrogen sulfide hoặc lưu huỳnh cao. Giống như các cây có chứa chlorophyll và các sinh vật khác có khả năng tổng hợp quang hóa, các sinh vật tổng hợp hóa học là các tế bào tự miễn. Tuy nhiên, năng suất của hệ sinh thái có nhiều khả năng là hoạt động của thực vật, vì nó có trách nhiệm tích tụ hơn 90% chất hữu cơ. Hóa học tổng hợp đóng một vai trò không nhỏ trong điều này.

Trong khi đó, nhiều sinh vật có thể nhận được năng lượng cần thiết, chỉ bằng cách ăn các sinh vật khác. Chúng được gọi là heterotrophs. Về nguyên tắc, chúng đều là cùng một loại thực vật (chúng "ăn" các chất hữu cơ hoàn chỉnh), động vật, vi khuẩn, nấm và vi sinh vật. Heterotrophs còn được gọi là "người tiêu dùng".

Vai trò của thực vật

Theo quy luật, từ "năng suất" trong trường hợp này là khả năng của cây để lưu trữ một lượng chất hữu cơ nhất định. Và điều này không đáng ngạc nhiên vì chỉ có các sinh vật thực vật mới có thể biến đổi các chất vô cơ thành chất hữu cơ. Nếu không có chúng, cuộc sống trên hành tinh của chúng ta sẽ không thể thực hiện được và do đó năng suất của hệ sinh thái được xem xét từ vị trí này. Nhìn chung, câu hỏi đặt ra rất đơn giản: khối lượng của vật chất hữu cơ có thể chứa được bao nhiêu?

Sinh học sinh học nào là hiệu quả nhất?

Đáng kỳ lạ, nhưng các sinh vật nhân tạo do con người tạo ra không phải là hiệu quả nhất. Rừng rừng, đầm lầy, và sông selva của các con sông nhiệt đới lớn phía trước họ về mặt này. Thêm vào đó, chính những sinh vật này trung hòa một lượng lớn các chất độc hại, một lần nữa rơi vào tự nhiên do hoạt động của con người và cũng tạo ra hơn 70% oxy chứa trong bầu khí quyển của hành tinh chúng ta. Nhân tiện, nhiều sách giáo khoa vẫn cho biết rằng "bầy bánh mì" hiệu quả nhất là những đại dương của trái đất. Đáng kỳ lạ, tuyên bố này là rất xa sự thật.

"Nghịch lý đại dương"

Bạn có biết những gì mà năng suất sinh học của các hệ sinh thái biển và đại dương được so sánh? Với bán sa mạc! Một lượng lớn sinh khối được giải thích bởi thực tế là nó là không gian nước chiếm hầu hết bề mặt của hành tinh. Vì vậy, việc sử dụng biển nhiều lần như là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng chính cho toàn thể nhân loại trong những năm tới khó có thể, vì lý do kinh tế cho điều này là rất thấp. Tuy nhiên, năng suất thấp của các hệ sinh thái loại này không làm giảm tầm quan trọng của các đại dương cho cuộc sống của tất cả các sinh vật sống, do đó họ cần phải được canh gác cẩn thận nhất có thể.

Các nhà sinh thái học hiện đại nói rằng khả năng của đất nông nghiệp không còn xa vời, và trong tương lai chúng ta sẽ có thể thu hoạch được nhiều hơn từ chúng. Hy vọng đặc biệt được đặt trên ruộng lúa, có thể cung cấp cho một lượng lớn chất hữu cơ có giá trị do đặc điểm độc đáo của chúng.

Thông tin cơ bản về năng suất của hệ thống sinh học

Nói chung, năng suất của hệ sinh thái được xác định bởi tốc độ quang hợp và sự tích tụ các chất hữu cơ trong một tế bào sinh dưỡng đặc biệt. Khối lượng của chất hữu cơ, được tạo ra trên một đơn vị thời gian, được gọi là sản xuất chính. Nó có thể được thể hiện theo hai cách: hoặc trong Joules, hoặc trong một khối lượng khô của cây. Tổng sản lượng là khối lượng của nó, tạo ra bởi các sinh vật thực vật cho một đơn vị thời gian nhất định, với một tốc độ quang hợp. Nên nhớ rằng một phần của chất này sẽ đi đến hoạt động quan trọng của các nhà máy. Các chất hữu cơ còn lại là năng suất sơ cấp ròng của hệ sinh thái. Nó là người nuôi các dị dưỡng, kể cả chúng ta.

Có "giới hạn trên" của các sản phẩm chính không?

Tóm lại, vâng. Hãy để chúng tôi xem xét một cách ngắn gọn, về nguyên tắc quá trình quang hợp có hiệu quả như thế nào . Nhớ lại rằng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trái đất phụ thuộc rất nhiều vào vị trí: sản lượng năng lượng tối đa là đặc trưng cho các vùng xích đạo. Nó giảm theo cấp số nhân khi chúng tôi tiếp cận cực. Khoảng một nửa năng lượng mặt trời phản chiếu bởi băng, tuyết, đại dương hoặc sa mạc, được hấp thụ bởi các khí trong khí quyển. Ví dụ, tầng ôzôn trong bầu khí quyển hấp thụ gần như toàn bộ tia cực tím! Chỉ có một nửa ánh sáng rơi trên lá cây được sử dụng trong phản ứng quang hợp. Vì vậy, năng suất sinh học của các hệ sinh thái là kết quả của việc chuyển đổi một phần không đáng kể năng lượng của mặt trời!

Sản xuất thứ cấp là gì?

Theo đó, sản xuất thứ cấp được gọi là sự gia tăng của người tiêu dùng (ví dụ người tiêu dùng) trong một thời gian nhất định. Tất nhiên, năng suất của hệ sinh thái phụ thuộc vào chúng ở mức độ thấp hơn nhiều, nhưng sinh khối này đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống con người. Cần lưu ý rằng các chất hữu cơ thứ cấp được đếm riêng ở mỗi cấp dinh dưỡng. Như vậy, các loại năng suất của hệ sinh thái được chia thành hai loại: sơ cấp và thứ cấp.

Tỉ lệ sản phẩm sơ cấp và thứ cấp

Như bạn có thể đoán, tỷ lệ sinh khối và khối lượng thực vật là tương đối nhỏ. Ngay cả trong rừng và đầm lầy, chỉ số này hiếm khi vượt quá mức 6,5%. Các cây cỏ nhiều hơn trong cộng đồng, cao hơn tỷ lệ tích lũy chất hữu cơ và sự khác biệt càng lớn.

Về tỷ lệ và khối lượng hình thành các chất hữu cơ

Nói chung, tốc độ hạn chế sự hình thành chất hữu cơ có nguồn gốc ban đầu hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái của bộ máy quang hợp của thực vật (FAP). Giá trị tối đa của hiệu quả quang hợp, đạt được trong phòng thí nghiệm, là 12% giá trị của phage. Trong điều kiện tự nhiên, giá trị 5% được coi là cực kỳ cao và thực tế không xảy ra. Người ta tin rằng trên trái đất sự hấp thụ ánh sáng mặt trời không vượt quá 0,1%.

Phân phối các sản phẩm chính

Cần lưu ý rằng năng suất của hệ sinh thái tự nhiên rất không đồng đều trên hành tinh. Tổng khối lượng của tất cả các chất hữu cơ, được hình thành mỗi năm trên bề mặt trái đất, là khoảng 150-200 tỷ tấn. Hãy nhớ rằng chúng ta đã nói về năng suất của các đại dương ở trên? Vì vậy, 2/3 chất này được hình thành trên đất liền! Hãy tưởng tượng: những khối lượng khổng lồ, không thể tin được của mặt nước thủy lượng tạo thành ba lần ít chất hữu cơ hơn phần đất ít ỏi của đất, phần lớn là sa mạc!

Hơn 90% chất hữu cơ tích tụ dưới dạng này hoặc dạng khác đi vào thức ăn cho các sinh vật dị dưỡng. Chỉ một phần không đáng kể của năng lượng mặt trời được lưu giữ dưới dạng đất mùn (cũng như dầu và than đá, sự hình thành của nó thậm chí còn ngày nay). Trên lãnh thổ nước ta, sự gia tăng sản lượng sinh học sơ cấp dao động từ 20 c / ha (gần Bắc Băng Dương) đến hơn 200 c / ha ở vùng Caucasus. Ở vùng sa mạc, giá trị này không vượt quá 20 q / ha.

Về nguyên tắc, trên năm lục địa ấm áp trên thế giới, cường độ sản xuất hầu như không khác nhau, hầu hết ở Nam Mỹ, thảm thực vật tích tụ gấp 1,5 lần lượng chất khô, điều này là do điều kiện khí hậu tuyệt vời. Năng suất của các hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo là tối đa.

Điều gì cung cấp thực phẩm cho người dân?

Khoảng 1,4 tỷ hec-ta chiếm trên mặt đất của các hành tinh trồng cây cảnh của chúng ta, cung cấp cho chúng ta thức ăn. Đây là khoảng 10% của tất cả các hệ sinh thái của hành tinh. Lạ như có vẻ như, chỉ có một nửa sản lượng đi trực tiếp đến thực phẩm của người dân. Phần còn lại được sử dụng làm thực phẩm cho thú cưng và đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp (không liên quan đến việc sản xuất thực phẩm). Các nhà khoa học từ lâu đã được báo động: năng suất và sinh khối của các hệ sinh thái trên hành tinh của chúng ta có thể cung cấp không quá 50% nhu cầu của con người trong protein. Nói một cách đơn giản, một nửa dân số thế giới sống trong điều kiện thiếu ăn protein mạn tính.

Người giữ kỷ lục sinh học

Như chúng ta đã nói, rừng xích đạo có năng suất cao nhất. Chỉ cần nghĩ rằng: một hecta biocenosis như vậy có thể chiếm hơn 500 tấn chất khô! Và đây không phải là giới hạn. Ví dụ như ở Braxin, một hecta rừng sản xuất từ 1200 đến 1500 tấn (!) Của chất hữu cơ / năm! Chỉ suy nghĩ về nó: có tới hai phần trăm chất hữu cơ trên một mét vuông! Trong vùng lãnh thổ, không có hơn 12 tấn được hình thành trong cùng một khu vực, và trong các đai rừng giữa vành đai, trong phạm vi 400 tấn, chủ yếu được sử dụng bởi các vùng nông nghiệp ở các vùng: năng suất của một hệ sinh thái nhân tạo dưới dạng một cánh đồng mía, có thể tích luỹ tới 80 tấn chất khô / Hectare, không nơi nào khác thu hoạch như vậy không thể được thể chất. Tuy nhiên, các Orinoco, Mississippi, và một số khu vực của Chad là hơi khác nhau từ họ. Ở đây trong năm các hệ sinh thái "cho" lên đến 300 tấn chất trên một ha!

Kết quả

Do đó, đánh giá năng suất cần được thực hiện trên cơ sở chất sơ cấp. Thực tế là sản lượng thứ cấp không nhiều hơn 10% giá trị này, giá trị của nó khác nhau rất nhiều, do đó không thể phân tích chi tiết chỉ số này.