Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность экосистем

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский Государственный Университет Леса

ИПСОП

Реферат

по дисциплине: Экология

на тему: Биологическая продуктивность экосистем

Выполнил: студент гр. ЛМ-11

Кузнецов. Д.Н.

Проверил: Гусев .Ю.А.

Москва 2014

1. Концепция био- продуктивности экосистем

2. Экологический мониторинг на территории Саратовской области

3. Динамика популяции

4. Организация мероприятий по предотвращению эвтрофикации водоемов

5. Планирование и финансирование экологических программ

Список используемой литературы

1. fКонцепция биопродуктивности экосистем

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляют собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотой и физической средой, т.е. возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом.

Это позволяет дать обобщенную интегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих отдельных организмов многих видов, так как по биогеохимическим функциям, т.е.

по характеру осуществляемых в природе процессов превращения вещества и энергии, организмы более однообразны, чем по своим морфологическим признакам и строению.

В настоящее время концепция экосистемы – одно из наиболее важных обобщений биологии – играет весьма важную роль в экологии. Во многом этому способствовали два обстоятельства, на которые указывает Г.А.

Новиков: во-первых, экология как научная дисциплина созрела для такого рода обобщений и они стали жизненно необходимы, а во-вторых, сейчас как никогда остро встали вопросы охраны биосферы и теоретического обоснования природоохранных мероприятий, которые опираются прежде всего на концепцию биотических сообществ – экосистем. Коме того, как считает Г.А.

Новиков, распространение идеи экосистемы способствовала гибкость самого понятия, так как к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания – от пруда до Мирового океана, и от пня в лесу до обширного лесного массива, например тайги. В связи с этим выделяют: микроэкосистемы (подушка лишайника и т.п.

); мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и т.д.); макроэкосистемы (континент, океан) и, наконец, глобальную экосистему (биосфера Земли) или экосферу – интеграция всех экосистем мира.

Природные экосистемы – это открытые экосистемы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.

Запасы веществ, усвояемые организмами и, прежде всего, продуцентами, в природе небезграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы вообще невозможна.

Такой «бесконечный» круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.

С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса:

1) верхний – автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий фотосинтезирующие организмы, создающие сложные органические молекулы из неорганических простых соединений и,

2) нижний – гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ простых минеральных образований.

Однако, чтобы разобраться в сложных биологических взаимодействиях в экосистеме, следует выделить ряд компонентов:

1) неорганические вещества (C, N, CO2, P, O и др.), участвующие в круговоротах;

2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части;

3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую абиотические факторы;

4) продуцентов – автотрофных организмов, в основном зеленых растений, способных производить пищу из простых неорганических веществ;

5) консументов, или фаготрофов (пожирателей), -гетеротрофы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества;

6) редуцентов, или сапротрофов (питающиеся гнилью), – гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию путем разложения отмершей или поглощения растворенной органики. Сапротрофы высвобождают неорганические элементы питания для продуцентов и, кроме того, являются пищей для консументов.

2. Экологический мониторинг на территории Саратовской области

Экологический мониторинг, проводимый на территории области, включает в себя государственный экологический мониторинг окружающей среды, осуществляемый в соответствии с законодательством Российской Федерации, и локальный мониторинг, осуществляемый на уровне субъектов хозяйственной деятельности.

Основными задачами экологического мониторинга являются:

– наблюдение за фактическим состоянием окружающей среды;

– выявление изменений, обусловленных природными и антропогенными воздействиями;

– оценка изменений и тенденций изменений, появляющихся под влиянием антропогенной деятельности;

– прогноз будущих изменений состояния окружающей среды;

– разработка программ по устранению последствий негативных процессов.

Наблюдение за состоянием атмосферного воздуха на территории области осуществляют следующие лаборатории.

ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» проводит систематические наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в городах области.

Посты условно подразделяются на «городские фоновые» в жилых районах, «промышленные» вблизи предприятий и «авто» вблизи автомагистралей или в районах с интенсивным движением автотранспорта.

Наблюдения проводятся три раза в сутки по четырем основным ингредиентам (пыль, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота) и по 13 специфическим показателям: бенз(а)пирен, ароматические углеводороды, оксид азота, гидрофторид, фенол, формальдегид, гидрохлорид, аммиак, растворимые сульфаты, сероводород, сероуглерод, тяжелые металлы, цианистый водород. А также санитарно-гигиенические лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Саратовской области» и ведомственные лаборатории осуществляют наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в санитарно-защитной зоне предприятий.

Мониторинг поверхностных водных объектов: Мониторинг поверхностных водных объектов и водохозяйственных систем на территории области осуществляют ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», ТУ Роспотребнадзора по Саратовской области, ведомственные лаборатории субъектов хозяйственной деятельности.

Проводятся систематические наблюдения, оценка и прогноз состояния поверхностных вод малых рек области и Саратовского водохранилища, а также сбор, анализ и обобщение гидрологической информации по речной сети области.

Сеть ОГСНК по Саратовской области состоит из 20 гидрологических постов, на 9 из них проводятся гидрохимические наблюдения. На гидрологических постах проводятся ежедневные наблюдения за уровнем и температурой воды, скоростью течения, толщиной льда, состоянием водного объекта.

На гидрохимических постах ведутся работы по мониторингу загрязнения поверхностных вод малых рек области и Саратовского водохранилища.

Существующая сеть постоянного наблюдения за загрязнением поверхностных водных объектов на территории области составляет всего 18% от необходимого объема.

Для получения достаточно полной информации о состоянии поверхностных водных объектов на территории области наблюдения должны осуществляться на 45 гидрохимических и гидробиологических постах на малых реках и на 16 постах на Волгоградском и Саратовском водохранилищах.

Мониторинг земель:На территории Саратовской области организация и осуществление мониторинга земель законодательно закреплены за Управлением Федерального агентства кадастра и объектов недвижимости.

Наблюдения за состоянием почвенного плодородия земель сельскохозяйственного назначения и за рядом негативных факторов, приводящих к образованию нарушенных земель (засоление, закисление, загрязнение тяжелыми металлами, радионуклидами и пестицидами), осуществляются Государственным научным учреждением НИИ Юго-Востока Россельхозакадемии и агрохимической службой области.

Агрохимическая служба области проводит ежегодный агроэкологический локальный мониторинг на реперных участках, заложенных в различных районах и природно-хозяйственных зонах области, а также на техногенно-загрязненных территориях, вблизи транспортных магистралей, Балаковской АЭС.

Основу наблюдений составляют систематическое определение содержания основных агрохимических показателей почв, лимитирующих уровень эффективного плодородия, выявление характера и уровня загрязнения почв химическими элементами, в том числе тяжелыми металлами, радионуклидами, остаточными количествами пестицидов.

Результаты мониторинговых исследований позволяют оценить экологическую ситуацию на землях сельскохозяйственного назначения и принять соответствующие меры для улучшения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции – разработать научно обоснованные рекомендации по применению приемов и технологий восстановления нарушенных земель.

Мониторинг лесов: В Саратовской области мониторинг лесов осуществляется областными государственными учреждениям лесхозами Министерства лесного, охотничьего и рыбного хозяйства области более чем по 100 показателям. Лесной мониторинг осуществляется по следующим направлениям:

· Общая характеристика лесного фонда;

· Пользование лесом;

· Мероприятия по лесовосстановлению;

· Оценка негативного влияния;

· Изменение площади, покрытой лесом;

· Мероприятия по защите леса от пожаров.

На сегодняшний день из-за недостатка финансовых средств техническая обеспеченность и реализация лесного мониторинга базируется на материалах учета лесного фонда, статической и ведомственной отчетности. экосистема эвтрофикация биологический консумент

Мониторинг растительного и животного мира: Наблюдения за флорой и фауной области проводятся Министерством лесного, охотничьего и рыбного хозяйства области, Саратовским государственным университетом им. Чернышевского, Российским научно-исследовательским противочумным институтом «Микроб», ФГУ «Федеральная территориальная станция защиты растений в Саратовской области» и т.д.

В настоящее время назрела острая необходимость возобновления полномасштабного экологического мониторинга и создания банка данных животных и растительных ресурсов Саратовской области, в том числе лесов и водных биологических ресурсов, основанного на проведении инвентаризации флоры и фауны области.

Радиационный мониторинг: ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» проводит наблюдения:

– за мощностью экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на местности;

– за загрязнением атмосферных выпадений.

ТУ Роспотребнадзора по Саратовской области проводит наблюдения в санитарно защитных зонах предприятий и организаций использующих в работе источники ионизирующего излучения. Проводятся спектрометрические исследования строительных материалов на отведенных под строительство участках, при приемке новых зданий и сооружений в эксплуатацию.

Экологический мониторинг в районах размещения радиационно-опасных объектов.

На Балаковской АЭС осуществляется непрерывный контроль радиационной обстановки с помощью системы «SkyLink», предоставляющей собой беспроводную телеметрическую систему, состоящую из датчиков и центрального поста приема и обработки информации. Датчики, размещенные в населенных пунктах зоны наблюдения, контролируют мощность дозы гамма-излучения, температуру окружающей среды и сейсмические параметры.

В районе размещения пункта хранения радиоактивных отходов ФГУП Саратовский зональный спецкомбинат «Радон» осуществляет постоянный радиационный контроль в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения.

Контроль проводит лаборатория радиационного контроля (ЛРК) спецкомбината. Объекты контроля: почва, растительность, грунт, вода и контрольных скважин.

3. Динамика популяции

Динамика популяции – это процессы изменений динамики основных биологических показателей во времени.

При этом особое значение в изучении динамики популяций придается изменениям численности особей, биомассы и популяционной структуры.

Подобные изменения могут быть связаны с процессами, спонтанно протекающими внутри самой популяции, вызваны воздействием абиотических факторов или же взаимодействиями между популяциями разных видов в пределах биоценоза.

Естественная среда постоянно претерпевает изменения, которые накладывают отпечаток на численность популяций того или иного вида. Изменчивость климата и количество доступной пищи, оказывая влияние на выживание плодовитость, непрерывно изменяют направление и скорость роста природных популяций. В природе до возраста, близкого к максимальному, доживает ничтожно малое число особей.

В средах, подверженных сезонным изменениям, размножение происходит только при благоприятном сочетании климатических факторов и ресурсов. Сезонные изменения температуры, влажности и запасов питательных веществ, кроме того, оказывают влияние на смертность либо непосредственно, либо косвенно.

Численность популяций регулируется равновесием между двумя противоположными тенденциями: внутренне присущим данной популяции потенциалом роста и ограничениям, накладываемым на этот рост средой.

В принципе любой организм способен увеличивать численность популяции за счет размножения. Однако в природе верхний предел численности практически никогда не достигается по ряду причин.

Первая из них кроется в генетической структуре любого организма – это внутренне сопротивление. Оно выражается в том, что при благоприятных условиях выживают дают потомство обычно генетически неполноценные особи.

В результате этого уменьшается жизнеспособность популяции в целом и ограничивается ее рост.

Вторым ограничителем роста популяции выступает внешняя среда, включающая всю совокупность абиотических и биотических факторов (особенно сопротивление среды). Каждый из этих факторов действует непосредственно и опосредованно.

В процессе естественного отбора организмы достигают наиболее благоприятного соотношения между энергией, затрачиваемой на рост и жизнедеятельность, и энергией, затрачиваемой на поиск источника пищи.

У автотрофов эта эффективность складывается из полезной части световой энергии (преобразуемой в пищу) за минусом энергии, необходимой для поддержания энергоулавливающих структур. Эта величина зависит от времени, в течение которого доступна световая энергия фотопериода.

Для животных критическим является отношение разницы между полезной энергией пищи и энергетической стоимостью поиска и поедания пищевых объектов ко времени, необходимому для поиска и поедания.

Оптимизация достигается двумя путями: 1) минимизацией времени; 2) максимизацией чистой энергии или одновременным использованием обеих возможностей. Фактически – это отражение разных жизненных стратегий организмов.

4. Организация мероприятий по предотвращению эвтрофикации водоемов

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.

Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако, в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.

Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ – азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отход животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки – несколько десятилетий и менее.

Антропогенное эвтрофицирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводят к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов.

Во время массового отмирания водорослей на дне водоемов могут отлагаться сотни тонн разлагающихся остатков. Продукты распада водорослей поглощают кислород воды, причем некоторые из них токсичны. Распад водорослей происходит не только в результате гниения, но и брожения.

Образующиеся органические вещества используют как пищу некоторые бактерии, грибы, выделяющие в воды различные ароматические соединения; последние способствуют появлению в воде запахов и привкусов и благоприятствуют образованию на подводных предметах и растительности обрастаний (грибов, некоторых видов бактерий, водорослей, простейших).

Вследствие недостаточности наших знаний о закономерностях эвтрофикации и ее природы применяемые методы борьбы с этим явлением пока несовершенны. Используемые для этих целей медный купорос, некоторые пестициды, коагулянты, полиакриламид токсичны для рыб и водных организмов, поэтому не могут быть рекомендованы для борьбы с цветением воды на рыбохозяйственных объектах.

Наиболее целесообразным является сбор сине-зеленых водорослей путем их засасывания из поверхностных слоев воды при помощи плавучих насосных установок и транспортировки массы на поля фильтрации лили в бассейны для отстоя. После освобождения от избытка воды они могут быть использованы в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

5. Планирование и финансирование экологических программ

До недавнего времени в нашей стране отсутствовали действенные экономические рычаги, воздействующие на сохранение и рациональное использование окружающей природной среды.

Ныне в России создан и функционирует экономический механизм охраны окружающей среды.

Его главная особенность – ориентация не на плановое централизованное финансирование из государственного бюджета, а в основном на экономические методы регулирования.

Согласно Закона Российской Федерации об охране окружающей природной среды (1991) основными задачами экономического механизма являются:

– планирование и финансирование природоохранительных мероприятий;

– установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ;

– установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов и другие виды вредного воздействия;

– предоставление налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении малоотходных и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды;

– возмещение вреда, причиненного окружающей среде и здоровью человека.

Платность природных ресурсов – важнейший элемент нового механизма финансирования.

Закон Российской Федерации об охране окружающей природной среды предусматривает плату не только за загрязнение окружающей природной среды, но и за использование природных ресурсов.

Платность природных ресурсов несомненно повышает материальную заинтересованность природопользователя в сохранении ресурсов и их рациональном использовании.

Закон Российской Федерации об охране окружающей природной среды предусматривает плату не только за загрязнение окружающей природной среды, но и за использование природных ресурсов. Плата за природные ресурсы взимается: а) в пределах установленных лимитов, б) за сверхлимитное не нерациональное использование природных ресурсов, в) на их воспроизводство и охрану.

Законом Российской Федерации предусмотрена плата за загрязнение окружающей природной среды. Плата за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ и размещение отходов как в пределах, так и сверх установленных лимитов.

В первом случае платежи производятся за счет себестоимости продукции предприятия, во втором – за счет прибыли, которая полечена предприятием-загрязнителем.

При этом из общей суммы 90% платежей перечисляют во внебюджетные экологические фонды, а 10% – в доход федерального бюджета.

Для реализации различных природоохранных задач: восстановления потерь в природной среде, компенсации вреда здоровью граждан, строительства очистных сооружений, материального обеспечения эколого-просветительного направления и т.д. создана единая система внебюджетных государственных экологических фондов.

Экологические фонды способствуют также развитию таких прогрессивных механизмов финансирования природоохранной деятельности, как:

– вложение средств в формирование начального капитала предприятий, создаваемых для производства продукции природоохранного назначения;

-выдачу гарантий коммерческим банкам по ссудам и кредитам предприятиями на реализацию природоохранных проектов.

fСписок литературы

1) Коробкин В.И., Передельский Л.В. «Экология», изд-во «Феникс», 2001

2) Ручин А.Б. «Экология популяций и сообществ», издательский центр «Академия», 2006

3) Справочник «Охрана природы» под редакцией К.П. Митрюшкина, 1987 г.

4) С.И Калмыков, Ю.М. Мохонько «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», 2007

5) Доклад о состоянии и об охране окружающей среды в Саратовской области в 2006 г.

Размещено на Allbest.ru

Источник: https://revolution.allbest.ru/biology/00429482_0.html

Биологическая продуктивность

Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность, экологическое и общебиологическое понятие, обозначающее воспроизведение биомассы растений, микроорганизмов и животных, входящих в состав экосистемы; в более узком смысле — воспроизведение диких животных и растений, используемых человеком. Б. п.

реализуется в каждом отдельном случае через воспроизведение видовых популяций растений и животных, идущее с некоторой скоростью, что может быть выражено определённой величиной — продукцией за год (или в иную единицу времени) на единицу площади (для наземных и донных водных организмов) или на единицу объёма (для организмов, обитающих в толще воды и в почве). Продукция определённой видовой популяции может быть отнесена также к её численности или биомассе. Б. п. различных наземных и водных экосистем проявляется во многих формах. Соответственно многообразны и используемые человеком продукты, воспроизводимые в природных сообществах (например, древесина, рыба, меха и мн. др.). Человек обычно заинтересован в повышении Б. п. экосистем, т.к. это увеличивает возможности использования биологических ресурсов природы. Однако в ряде случаев высокая Б. п. может приводить к вредным последствиям (например, чрезмерное развитие в высокопродуктивных водах фитопланктона определённого видового состава — синезелёных водорослей в пресных водах, токсичных видов перидиней — в морях).

  Понятие Б. п. во многих отношениях аналогично понятию плодородие почвы, но по содержанию и объёму шире последнего, т.к. может быть отнесено к любому биогеоценозу, или экосистеме. Изредка термин «Б. п.» применяется по отношению к культурным сообществам (см.

Агро-биоценоз, Агрофитоценозы), производительность которых в большой мере — результат приложения общественного труда. Однако и природные наземные и водные экосистемы находятся под прямым или косвенным воздействием человека. Поэтому с ростом численности и научно-технической вооружённости человечества Б. п.

всё более разнообразных экосистем отражает не только их исходные естественно-исторические особенности, но и результат влияний человека.

  Общей и адекватной мерой Б. п. служит продукция, но не биомасса сообщества или его компонентов.

Биомасса отдельных видов или всего населения в целом может служить для оценки продукции и продуктивности только при сравнении экосистем одинаковой или сходной структуры и видового состава, но совершенно непригодна в качестве общей меры Б. п.

Например, в результате высокой интенсивности фотосинтеза одноклеточных водорослей планктона в наиболее продуктивных участках океана за год синтезируется на единицу площади примерно столько же органических веществ, сколько и в высокопродуктивных лесах, хотя их биомасса в сотни тысяч раз больше биомассы фитопланктона.

  Продукция каждой популяции за определённое время представляет собой сумму приростов всех особей, включающую прирост отделившихся от организмов образований и прирост особей, устранённых (элиминированных) по тем или иным причинам из состава популяции за рассматриваемое время.

В предельном случае, если нет элиминации и все особи доживают до конца изучаемого периода, продукция равна приросту биомассы. Если же начальная (B1) и конечная (B2) биомассы равны, то это означает, что прирост компенсирован элиминацией, т. е.

что при этом условии продукция (Р) равна элиминации (Е). В общем случае P=|B2— B1|+E.

Иногда определённую таким образом продукцию называют «чистой продукцией», противопоставляя ей «валовую продукцию», в которую включают не только приросты, но и затраты на энергетический обмен.

Термины «чистая» и «валовая продукция» укрепились по отношению к растениям.

В приложении к животным «валовая продукция» представляет собой усвоенную пищу, или «ассимиляцию», а термин «продукция» употребляется в смысле чистой продукции.

  Продукцию автотрофных организмов, способных к фото- или хемосинтезу, называют первичной продукцией, а сами организмы — продуцентами. Основная роль в создании первичной продукции принадлежит зелёным растениям, высшим — на суше, низшим — в водной среде.

Продукцию гетеротрофных организмов обычно относят ко вторичной продукции, а сами организмы называют консументами.

Все виды вторичной продукции возникают на основе утилизации вещества и энергии первичной продукции; при этом энергия, в отличие от вещества, многократно возвращающегося в круговорот, может быть использована для выполнения работы только один раз. Схематически сложные трофические связи можно представить в виде «потока энергии» через экосистему, т. е.

ступенчатого процесса утилизации энергии солнечной радиации и вещества первичной продукции. Первый трофический уровень утилизации солнечной энергии составляют фотосинтезирующие организмы, создающие первичную продукцию, второй — потребляющие их растительноядные животные, третий — плотоядные животные, четвёртый — хищники второго порядка.

Каждый последующий трофический уровень потребляет продукцию предыдущего, причём часть энергии потребленной и ассимилированной пищи идёт на нужды энергетического обмена и рассеивается.

Поэтому продукция каждого последующего трофического уровня меньше продукции предыдущего (например, выход на основе одной и той же первичной продукции растительноядных животных всегда больше, чем живущих за их счёт хищников). Часто при переходе от низших трофических уровней к высшим снижается не только продукция, но и биомасса.

Однако, в отличие от продукции, биомасса последующего уровня может быть и выше биомассы предыдущего (например, биомасса фитопланктона меньше суммарной биомассы всего живущего за его счёт животного населения океана). Видное место в механизме Б. п. занимают гетеротрофные микроорганизмы, которые утилизируют поступающее со всех трофических уровней мёртвое органическое вещество, частично минерализуя его, частично превращая в вещество микробных тел. Последние служат важным источником питания для многих водных (фильтраторы и детритофаги бентоса и планктона) и сухопутных (почвенная фауна) животных.

  По другому принципу продукцию делят на промежуточную и конечную.

К промежуточной относят продукцию, потребляемую другими членами экосистемы, вещество которой вновь возвращается в осуществляемый в её пределах круговорот; к конечной — продукцию, в той или иной форме отчуждаемую от экосистемы, т. е.

выходящую за её пределы. К конечной продукции относятся и используемые человеком виды продукции, которые могут принадлежать к любому трофическому уровню, включая первый, занятый растениями.

  Возрастающие потребности и растущая техническая мощь человечества быстро увеличивают возможности его влияния на живую природу. Возникает необходимость управления экосистемами. Все средства влияния на Б. п.

экосистем и управления ею направлены либо на повышение полезной первичной продукции (разные: формы удобрения, мелиорации, регулирования численности и состава потребителей первичной продукции и пр.

), либо на повышение эффективности утилизации первичной продукции на последующих трофических уровнях в нужном для человека направлении. Это требует хорошего знания видового состава и структуры экосистем и экологии отдельных видов.

Наибольшие перспективы имеют такие формы хозяйственной эксплуатации живой природы и управления ею, которые основаны на знании особенностей местных экосистем и характерных для них форм Б. п.

  Лит.: Зенкевич Л. А., Фауна и биологическая продуктивность моря, т. 1—2, М., 1947—51; Макфедьен Э., Экология животных, пер. с англ., М., 1965; Наумов Н.П. Экология животных 2 изд. М 1963; Основы лесной биогеоценологии, под ред. В. Н. Сукачева и Н. В. Дылиса, М., 1964; Дювиньо П., Танг М., Биосфера и место в ней человека, пер. с франц. М., 1968.

  Г. Г. Винберг.

Оглавление

Источник: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/117/895.htm

Вопрос 10. Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность экосистем.

Источник: методичка «Остров», лекция 4.

Ответ:

Автотрофные экосистемы, используя энергию Солнца, углекислый газ и минеральные вещества, производят различные органические вещества – древесину, листья, плоды, т.е. живую биомассу. Производительность экосистемы измеряется количеством органического вещества, которое создано за единицу времени на единице площади, и называется биологической продуктивностью.

Общая годовая продукция сухого органического вещества на планете составляет 150-200 миллиардов тонн. В океане образуется 1/3 этой продукции, на суше – 2/3. Почти вся чистая первичная продукция планеты служит для поддержания жизни гетеротрофов. Неиспользуемая консументами энергия запасается в их телах, в органических осадках водоемов, в гумусе почвы.

Различают первичную, валовую, чистую, вторичную продукцию сообществ.

Биологическая продукция измеряется количеством сухой или сырой массы органического вещества (растений), производимого в единицу времени на единицу площади (т/га в год, г/м2 в день) или в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.

Растения создают первичную продукцию, вторичная продукция сообществ (создается гетеротрофами) – прирост за единицу времени массы консументов..

Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего уровня.

Гетеротрофы живут за счет чистой первичной продукции сообщества.

Первичная продукция подразделяется на валовую первичную продукцию – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза, то есть общая продукция фотосинтеза (расходуется на процессы жизнедеятельности, выделения, рост биомассы органического вещества), и чистую первичную продукцию – величина прироста растений (биомассы органического вещества).

При переходе с одного трофического уровня на другой, 90% энергии теряется. Поэтому количество вторичной биологической продукции в 20-50 раз меньше, чем первичной.

Продуктивность основных экосистем планеты показана в табл. 2 – 4.

Под биомассой понимают массу организма, организмов определенной группы, всего сообщества в целом или экосистемы.

Под биомассой понимают всю живую органическую массу, которая содержится в экосистеме или ее элементах вне зависимости от того, за какой период она образовалась и накопилась.

Различают фитомассу (массу живых растений), зоомассу, микробную массу, массу мертвого вещества. Также различают биомассу надземную, подземную, водную.

Таблица 2

Продуктивность экологических систем за год

Экосистема Пло- щадь, млн км2 Продуктивность растений, г/м2 Общая про-дуктивность
Пределы Сред-нее Расте-ний, млрд/т Живот-ных, млн/т
Материковые экосистемы (в целом): 0-3500
Влажные тропические леса 1000-3500 37,4
Вечнозеленые леса умерен-ного пояса 600-2500 6,5
Листопадные леса умеренного пояса 600-2500 8,4
Тайга 400-2000 9,6
Саванна 200-2000 13,5
Тундры и высокогорье 10-400 1,1
Пустыни и полупустыни 10-250 1,6
Болота мангровые и низинные 800-3500 4,0
Озера и водотоки 100-1500 0,5
Культивируемые земли 100-3500 9,1
Морские экосистемы (в целом) 2-2400 55,0
Открытый океан 2-400 41,5
Апвеллинги 0,4 400-1000 0,2
Континентальный шельф 200-600 9,6
Заросли водорослей и рифы 0,6 500-4000 1,6
Эстуарии 1,4 200-3500 2,1
Средняя продуктивность биосферы 0-4000 170,0

Величина биомассы экосистемы зависит не столько от продуктивности, сколько от продолжительности жизни организмов и экосистемы. Большая биомасса характерна для лесных экосистем (тропические леса – 800-1000 т/га, леса умеренной зоны – 300-400 т/га), в травянистых сообществах ее значение составляет 3-5 т/га.

Обычно запас фитомассы выше запаса зоомассы, однако в водоемах запас зоомассы может быть выше, так как продолжительность жизни фитопланктона невелика, а рыбы живут несколько лет.

Таблица 3

Продуктивность и биомасса экосистем материков и океанов планеты за год

Экосистемы Пло-щадь, млн км2 Растения, млрд. т Животные, млрд т
Продукция Биомасса Потреб-ление жи-вотными Про-дук-ция Био-масса
т/га глоба- льная т/га глоба-льная
Континентов 7,73 115,0 123,0 1837,0 7,8 0,909 1,005
Океана 1,52 55,0 0,1 3,9 20,2 3,045 0,997
Всего 3,33 170,0 3,6 28,0 3,934 2,002
Возделыва-емые земли 6,50 9,1 10,0 0,09 0,009 0,006

Таблица 4

Продуктивность естественного растительного покрова

Часть света Средняя продуктивность, ц/га КПД ФАР
Европа 1,26
Азия 0,88
Африка 0,59
Северная Америка 0,94
Южная Америка 1,13
Австралия и Океания 0,44

Для экосистем, состоящих из однолетних организмов (поле пшеницы, клевера), годичная продуктивность и биомасса практически совпадают. Для древесных сообществ они резко различаются.

Биомасса основных экосистем России следующая: леса – 20-30, болота – 3-10, сельскохозяйственные системы –0,4-6, луга и степи – 0,1-3, озера – 0,01-0,1 кг/м2.

Продуктивность экосистем определяется лимитирующими факторами: наличием воды, питательных веществ, интенсивностью солнечной радиации, способностью системы использовать биогенные вещества и др. Биологическая продуктивность снижается при загрязнении экосистемы антропогенными и природными выбросами.

Высокие скорости продукции имеют место в экосистемах при поступлении в них дополнительной энергии извне (в лесных экосистемах это ветер и дождь, в заливах – прилив, на возделываемых полях – удобрения, полив, работа человека).

Человек повышает продуктивность экосистемы, уменьшая влияние лимитирующих факторов: вносит удобрения, орошает землю, создает искусственное тепло (теплицы, парники), рационально использует почвенно-климатические условия.

По продуктивности, ЭС подразделяются на 4 группы:

· экосистемы очень высокой продуктивности – свыше 2 кг/м2 в год (тропические леса, коралловые рифы, заросли тростника в дельтах Волги, Дона).

· экосистемы высокой продуктивности – 1-2 кг/м2 в год (липово-дубовые леса, прибрежные заросли рогоза или тростника на озерах, посевы кукурузы и многолетних трав при орошении и внесении высоких доз удобрений).

· экосистемы умеренной продуктивности – 0,25-1 кг/м2 в год (многие сельскохозяйственные посевы, сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, заросшие водными растениями озера, морские луга из водорослей).

· экосистемы низкой продуктивности – менее 0,25 кг/м2 в год (пустыни, тундра, горные степи, большая часть морских экосистем).

Средняя по планете биопродуктивность составляет 0,3 кг/м2 в год.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/3_135599_vopros-.html

3.4. Биологическая продуктивность экосистем

Биологическая продуктивность экосистем

Чтобыоценить значение того или иного видадля круговорота веществ в данномбиогеоценозе необходимо знать не толькоего биомассу, но и относительную скоростьее создания, т.е.биологическуюпродуктивность.

Таким образом,

Биологическаяпродуктивность – это скорость созданияопределенного количества биомассырастений, животных и микроорганизмов,входящих в состав биогеоценоза.

Биологическаяпродуктивность определяется количествомбиомассы, синтезируемой за единицувремени на единицу площади (или объема)и выражается чаще всего в граммахуглерода или сухого органическоговещества или в энергетических единицах– эквивалентном числе калорийили джоулей.

Биологическуюпродуктивность можно выразить продукциейза сезон, за год, за несколько лет илиза любую другую единицу времени.

Дляназемных и донных организмов биологическаяпродуктивность определяется количествомбиомассы на единицу площади, а дляпланктонных и почвенных – на единицуобъема.

Ключевоеслово в понятии продуктивность –скорость.Однако вместо термина «продуктивность»часто используется термин «продукция»,но при этом все равно учитывается факторвремени.

Биологическуюпродуктивность нельзя смешивать сбиомассой.

Биомасса- это выраженное в единицах массы (веса)или энергии количество живого веществатех или иных организмов, обитающих наисследуемой площади или в исследуемомобъеме.

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.

Различаютпервичнуюи вторичную продуктивность экосистем.

Первичнаяпродуктивность экосистем – это скорость,с которой автотрофные организмы(продуценты) в процессе фотосинтезасвязывают солнечную энергию и запасаютее в форме химических связей органическихвеществ, т.е. скорость образованиябиомассы органического веществаавтотрофами (продуцентами).

Первичнаяпродуктивность подразделяется наваловую ичистую продуктивность.

Валоваяпервичная продуктивность – это скоростьнакопления органического веществапродуцентами, включая затраты на дыхание(т.е. включаяту его часть, которая будет израсходованав процессах жизнедеятельности растений).

Так,например, в тропических лесах и зрелыхлесах умеренной зоны затраты на дыханиесоставляют 40-70%, а у планктонных водорослейи у большинства сельскохозяйственныхкультур – 40%.

Чистая первичнаяпродуктивность – это скорость накопленияорганического вещества в растительныхтканях за вычетом той его части, котораяиспользовалась на дыхание растений.

Поэтомучистая первичная продукция, накопленнаяв виде биомассы растений всегда меньшеваловой первичной продукции, созданнойими в процессе фотосинтеза.

Чистаяпервичная продуктивность автотрофныхорганизмов (продуцентов) может служитьисточником питания для гетеротрофныхорганизмов, которые на ее основе образуют свою биомассу.

Вторичнаяпродуктивность – это скорость образованиябиомассы гетеротрофными организмами(консументами).

Вторичнаяпродуктивность уже не делится на валовуюи чистую продуктивность, так какгетеротрофы увеличивают свою массу засчет первичной ранее созданной продукции.

Вторичнуюпродуктивность рассчитывают отдельнодля каждого трофического уровня, таккак прирост биомассы на каждом из нихпроисходит за счет энергии, поступающей с предыдущего уровня.

Приэтом необходимо учитывать, что припереходе с одного трофического уровняконсументов на другой значительнаячасть энергии расходуется в процессах жизнедеятельности, поэтомувторичная продукция каждого последующеготрофического уровня будет меньшепродукции предыдущего.

Если в экосистемескорость образования чистой первичнойпродукции выше темпов переработки ееконсументами, то это ведет к увеличениюбиомассы продуцентов.

Еслипри этом присутствует недостаточнаяутилизация продуктов опада в цепях разложения редуцентами, то происходитнакопление мертвого органическоговещества (в форме каменного угля, горючихсланцев, сухих листьев и т.д.).

Встабильных экосистемах биомасса остаетсяпостоянной, так как практически всясозданная продукция расходуется в цепяхпитания разнообразными консументамии редуцентами, т.е. природа стремитсяиспользовать полностью валовую продукцию.

Однакоравенство между приходом и расходомпродукции – явление достаточно редкоеи наблюдается в наиболее стабильныхсообществах, например, в тропическойзоне. Однако это создает объективныетрудности для развития там сельскогохозяйства.

Человек, выжигаяпышный тропический лес надеется получитьна освободившейся территории высокиеурожаи. Однако вскоре оказывается, чтопочвы на этой территории абсолютнобесплодны – вся годовая продукцияросшего на этом месте леса потребляласьразличными консументами и редуцентамии в почвах ничего не откладывалось.

Кромепервичной и вторичной продукциибиогеоценозов, различают промежуточнуюи конечную продукцию.

Промежуточнаяпродукцияэто продукция,которая после потребления членамибиогеоценоза снова возвращается вкруговорот веществ этой системы.

Конечнаяпродукция– это продукция,которая выводится за пределы данной экосистемы.

Например,продукция, получаемая человеком впроцессе возделывания сельскохозяйственныхкультур, разведения домашних животных,охоты, промысла и т.д.

Продуктивностьразличных экосистем неодинакова изависит от ряда экологическихфакторов, в первую очередь, климатических(тепло, влага и др).

Приэтом первичная продукция органическоговещества в экосистемах, богатых жизнью,может превосходить продукцию сравнительнобедных экосистем более, чем в 50 раз.

Наиболеепродуктивны экосистемы эстуариев икоралловых рифов (средняя продуктивность достигает 20 г / м2в сутки), влажных тропических лесов иболот (средняя продуктивность составляет10 г / м2в сутки).

Высокопродуктивныеэкосистемы встречаются там, гдеклиматические условия благоприятны,особенно при дополнительном поступлениив экосистему энергии извне.

Поступлениеэнергии со стороны абиотическихкомпонентов уменьшает затраты живыхорганизмов на поддержание собственнойжизнедеятельности, т.е. они компенсируютсвои затраты на дыхание.

Например, энергияприливов повышает продуктивностьприродной прибрежной экосистемы,компенсируя потери энергии при дыхании.

Низкойпродуктивностью (0,1-0,5 г / м2в сутки) характеризуются экосистемы пустынь и тундр, в которых дефицитвлаги и тепла лимитирует развитиенизшего трофического уровня, а также открытые воды морей и океанов, где приизбытке воды объем органических веществсравнительно невысок.

Приэтом необходимо отметить, что большаячасть земного шара покрыта океанами ипустынями с низкой продуктивностью,тогда как высокая продуктивностьхарактерна для сравнительно незначительныхучастков Земли (эстуарии, коралловыерифы, болота, влажные леса).

Изменениепервичной продуктивности экосистем понаправлению с севера на юг происходитв 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.

Помере продвижения с севера на югувеличивается удельное количество солнечной энергии, попадающей на единицуповерхности Земли, что приводит кбольшему количеству видов, накоплениюболее значительной биомассы и повышениюпродуктивности экосистем суши.

В морских экосистемахиная ситуация, чем на суше.

Высокапродуктивность северных морей, а такжеморей крайних южных широт, где из глубинпоступают холодные воды, богатыекислородом и биогенами. В теплой водекислород растворяется хуже и малобиогенов (тропики богаты видами, носравнительно мало продуктивны).

Общая чистаяпервичная продуктивность на Землесоставляет 170 млрд. тонн в год, из которых115 млрд. тонн дают экосистемы суши, а 55млрд. тонн – экосистемы морей.

Вторичнаяпродукция (биомасса гетеротрофныхорганизмов, прежде всего животных -зоомасса), во много раз меньше первичнойпродукции (биомассы растений – фитомассы).

В разных экосистемахзоомасса составляет незначительнуюдолю биомассы (от 0,05% до 5% всей биомассы),тем не менее животные суши играют большуюроль в регулировании процессов,происходящих в отдельных экосистемахи биосфере в целом.

Совершенноочевидно, что жизнь людей, их производственнаядеятельность зависят от продуктивностиосновных биогеоценозов, от первичнойпродукции и ее мирового распределения.

Питаниелюдей обеспечивается главным образомсельскохозяйственными культурами,занимающими около 10% площади суши идающие примерно 9,1 млрд. тонн органическоговещества в год, что составляет значительнуючасть мировых ресурсов.

Крометого, огромная масса первичной продукциииспользуется человеком как техническоесырье в промышленности и быту (топливо,хлопок, лен, эфиромасличные культуры идр.), причем около 50% теряется в отходах.

Ночеловек потребляет не только первичнуюпродукцию. Он изымает из биосферы большоеколичество вторичной продукции в видеживотной пищи, расходы которой подсчитать очень трудно.

Такимобразом, имеющиеся представления опродуктивности экосистем и мировомраспределении первичной продукции даютвозможность ориентироваться в обстановке,сложившейся на нашей планете и на строгонаучной основе разрабатывать мероприятияпо рациональному использованию природныхресурсов.

Источник: https://studfile.net/preview/5990716/page:7/

Book for ucheba
Добавить комментарий