Энергия и биологическая продукция в экосистемах

Обмен веществ и энергии экосистем

Энергия и биологическая продукция в экосистемах

Все вещества нашей планеты участвуют в процессе обмена. Под действием энергии Солнца на Земле происходят малый и большой круговорот веществ. Большой круговорот веществ называется биосферным, так как он охватывает всю биосферу. Для большого круговорота характерны две особенности.

Во-первых, он проходит во всех геологических эрах земного шара, способствует развитию планеты Земля. Этот обмен веществ иногда называют геологическим. Во-вторых, большой (геологический) круговорот считается современным планетарным процессом, участвующим в развитии будущей биосферы.

В процессе геологического круговорота осуществляется перенос минеральных соединений с одного места на другое в масштабе всей планеты.

Геологический круговорот наиболее четко проявляется в круговороте воды и циркуляции воздушной массы в атмосфере (рис. 80).

Рис. 80. Круговорот воды в природе (цифры даны в тыс. км3 в год)

Круговорот воды в океане и на суше обеспечивает равномерную жизнь на Земле.

Круговорот воды в природе состоит из трех основных течений: осадков, испарений и переноса влаги. Осадки (в виде дождя или снега) поступают в результате испарения опять в атмосферу. Поверхностные и грунтовые воды стекают в океан, а водяные пары с помощью атмосферных воздушных потоков переносятся с океана на сушу.

Малый круговорот веществ в природе иногда называют биологическим круговоротом. На базе большого круговорота возникает малый, но он охватывает только отдельные экосистемы. Малый круговорот веществ оказывает влияние на процессы большого круговорота.

В процессе малого круговорота веществ (биологического) вещества и энергия поступают извне, а вещества и энергия, выделяемые экосистемой, поступают опять в биосферу. В связи с этим биологический круговорот рассматривают как обмен веществ и энергии в экосистемах или в отдельном организме.

С появлением на Земле живых организмов химические элементы беспрерывно циркулируют, например круговорот азота, углерода и других химических элементов.

Каждая экосистема природы связана со взаимоотношениями биоценозов и условий среды. Во время биологического круговорота в экосистеме происходят два взаимно противоположных, но тесно связанных между собой процесса. Если на первом этапе этого процесса образуются новые органические вещества, то на втором органические вещества постоянно распадаются.

Образование органических веществ осуществляется путем фиксации углекислого газа растениями в процессе фотосинтеза. Основным источником энергии при этом являются солнечные лучи.

Из почвы через корни в листья растений поступают растворенные минеральные соли и вода, а из воздуха впитывается углекислый газ, и зеленые растения в своих органах образуют органические вещества.

В результате обмена веществ и энергии каждая экосистема сохраняет свою устойчивость. Этот процесс осуществляется через пищевую цепь. Обмен веществ и отдельно взятой энергии можно рассматривать на примере экосистемы озера.

В озеро непрерывно поступает извне энергия в виде солнечных лучей. Водные растения из углекислого газа и воды под действием солнечных лучей образуют органические вещества.

Автотрофные организмы, образующие органические вещества из неорганических, называютсяпродуцентами (производителями). Животные используют готовые органические вещества — растения.

Организмы, которые используют в пищу готовые органические вещества, называются гетеротрофными, или консументами (потребителями). Бактерии и некоторые грибы, разлагающие органические вещества, называются редуцентами (разлагателями).

Таким образом, органические вещества, заключенные в растениях, переходят в организм животных, которые разлагаются бактериями на неорганические вещества. Затем вновь эти неорганические вещества используются растениями. Так происходит непрерывный процесс обмена веществ и энергии в каждой экосистеме (схема 9).

Схема 9

Биохимический круговорот


Солнечная энергия продуцентов собирается в органическом веществе.

Некоторая ее часть поступает в распоряжение самого растения (на транспорт веществ в клетке, на образование новых необходимых органических соединений), вторая часть энергии выделяется в виде тепла при дыхании. Остальную часть энергии используют консументы.

Небольшая часть энергии, распространяемая в виде тепла в окружающую среду, не участвует в образовании биомассы организмов, поэтому для равномерной жизни экосистемы необходим постоянный приток энергии.

Продуктивность основных экосистем. Биомасса любой экосистемы и образованная продукция — основной показатель, обеспечивающий нормальную жизнедеятельность данной экосистемы.

Общее количество органического вещества всей совокупности особей с заключенной в нем энергией называют биомассой. Биомассу обычно выражают в единицах массы в пересчете на сухое вещество на единицу площади или объема.

Общий прирост биомассы за определенный период времени называют продукцией. В любой экосистеме различают первичную и вторичную продукцию.

Органические вещества, образованные продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называются первичной продукцией. Биомасса, образованная за определенный промежуток времени редуцентами и консументами экосистемы, называетсявторичной продукцией. Первичная продукция делится на два вида: первичная общая продукция и первичная чистая продукция.

Только небольшая часть поступающей на Землю солнечной энергии используется растениями; 44% коротковолновых излучений, выделяемых солнечной энергией, участвует в процессе фотосинтеза. Их называют активной фотосинтезирующей радиацией (излучение).

Но не все активные фотосинтезирующие излучения поглощаются растениями, а только 25% энергии запасается в форме органического вещества. Эта энергия называется начальной (первичной) валовой продукцией. Большая часть начальной валовой продукции используется на дыхание растений.

Например, в лесах умеренного пояса 50—60%, а в тропических лесах — 80% начальной общей продукции расходуется на дыхание. Оставшаяся энергия переходит к питающимся растениями консументам. Это так называемая чистая продукция.

На чистую начальную продукцию влияют такие факторы, как фотосинтезиру- ющее активное излучение, вода, необходимая для растений, количество минеральных веществ, плодородие почвы и др.

Воспроизведение биомассы всех живых организмов каждой экосистемы называется биологической продуктивностью. Биологическая продуктивность производится за определенный промежуток времени, например определяется за сезон, за год, за несколько лет.

Биологическая продуктивность считается главным показателем малого круговорота веществ и энергии.

Количество биологической продуктивности, образующейся в каждой последующей пищевой цепи малого круговорота веществ и энергии, меньше начальной цепи в 5—10 раз.

Различна и образующаяся биомасса биологической продуктивности каждой экосистемы. Например, луговые степи дают больший годовой прирост биомассы, чем хвойные леса.

Популяция мелких млекопитающих по сравнению с крупными обладает большей скоростью роста и размножения и дает более высокий прирост при равной биомассе.

Если воспроизведение биологической продуктивности в тундре и пустыне мало, то в тропических лесах оно очень высокое.

Геологический круговорот. Биологический круговорот. Первичная продукция. Вторичная продукция. Первичная валовая продукция. Первичная чистая продукция. Биологическая продуктивность.

1. В природе беспрерывно протекают биосферный (большой) и биологический (малый) круговорот веществ и энергии.

2. Обмен веществ и энергии каждой экосистемы осуществляется через пищевые цепи.

3. Пищевая цепь в экосистеме проходит в определенной последовательности: использование продуцентов консументами (первого, второго порядка и т. д.), консументов — редуцентами.

4. Прирост биомассы определяется количеством биологической продуктивности.

5. Начальная (первичная) продукция определяется количеством биомассы, образованной продуцентами.

6. Вторичная продукция выражается количеством биомассы, образованной консументами и редуцентами.

1.  Какие виды круговорота веществ на Земле существуют?

2.  Какие организмы относятся к продуцентам, консументам и редуцентам?

3.  Из каких составных частей состоит экосистема?

1.  Дайте характеристику геологического круговорота.

2.  Какие условия влияют на сохранение устойчивости экосистемы?

3.  На какие группы делится продукция, образованная в экосистеме?

1.  Дайте характеристику особенностей первичной (валовой) продукции.

2.  Что такое валовая и чистая продукция?

3.  Объясните на примере биологическую продуктивность экосистемы.

Источник: https://bioslogos.ru/65-obmen-veschestv-i-energii-ekosistem.html

3.4. Биологическая продуктивность экосистем

Энергия и биологическая продукция в экосистемах

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/

Энергия и биологическая продукция в экосистемах: Энергия – количественная мера движения и взаимодействия всех видов

Энергия и биологическая продукция в экосистемах

Энергия – количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, благодаря чему все явления природы связаны воедино. Существование любой экосистемы возможно лишь при noTQKe из окружающей среды не только энергии, но и вещества, т.е. природные экосистемы являются энергетически и структурно открытыми системами.

Суммарный поток энергии, характеризующий экосистему, слагается из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от близлежащих тел. Оба вида излучений определяют климатические условия среды, но при фотосинтезе, который обеспечивает энергией и веществом гетеротрофный компонент экосистемы, потребляется только очень небольшая доля солнечного излучения.

Тем не менее, именно за счёт этой энергии вырабатывается первичная, основная продукция экосистемы. Важнейшая термодинамическая характеристика организмов, экосистем и биосферы в целом – способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние с низкой энтропией.

Это состояние достигается постоянным рассеянием легко используемой энергии (свет, пища) и превращением ее в энергию, используемую с трудом (тепловую). Основным источником энергии, поступающим извне, является лучистая энергия, которая усваивается организмами-продуцентами в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ.

Помимо этого энергия поступает в экосистему и из почвы в виде питательных веществ, а также преобразуется продуцентами. На следующем этапе преобразования энергии ранее созданные питательные вещества используются консументами. И последний этап – это высвобождение энергии в результате функционирования деструкторов.

Высвобожденная энергия содержится в неорганических веществах в почве, а также в виде тепловой и других типов энергии в окружающей среде. Таким образом, осуществляется обмен энергии в экосистеме. Интенсивность обмена вещества и энергии между компонентами экосистемы составляет один из ее отличительных признаков.

В термодинамическом отношении экосистема относится к открытым системам, относительно стабильным во времени.

Элементами, поступающими в экосистему, являются солнечная энергия, минеральные вещества почвы и газы атмосферы, вода; выходящими элементами, покидающими экосистему, являются тепло, кислород, углекислый газ и другие газы, перегной и биогенные вещества, переносимые водой, и т.д.

Так как экосистемы относятся к открытому типу систем, то неизбежны утечки энергии, а также поступление энергии из других источников. Энергия необходима: на поддержание жизни, т.е. основной обмен; на перемещение в пространстве; на обеспечение роста; на формирование элементов, необходимых для размножения; на образование углеводных и жировых запасов.

При расчетах энергетического баланса экосистемы необходимо учитывать, что на первом трофическом уровне – уровне растений-продуцентов, поглощается до 50 % падающего света, в то время как переходит в энергию вновь создаваемых органических веществ всего от 1 до 5 %, т.е. эффективность ассимиляции энергии у растений очень низкая. Эффективность ассимиляции у растительноядных животных соответствует питательным свойствам их пищи: она может достигать 80 % – при поедании семян, 60 % – при поедании молодой листвы, от 30 до 40 % – при поедании более старых листьев и не более 20 % – при поедании древесины.

Большинство ненарушенных, естественно развивающихся экосистем, особенно на поздних стадиях своего формирования, находится в сбалансированном, устойчивом состоянии. Цикл воспроизводства и разложения биомассы почти безотходный. В качестве отхода остаются только те органические соединения или вещества, которые не могут быть усвоены редуцентами в силу геологических и географических условий (например, когда органика скапливается в большом количестве в бескислородной среде при низких температурах – процессы торфообразования). Подобные отходы – это залежи нефти, каменного угля, торфа, почвенный слой и т. п. Эти соединения не вызывают нарушения экологического баланса биосферы и не являются собственно отходами в современном смысле этого термина. В настоящее время в природе обнаружено несколько миллионов видов животных, не менее 500 тыс. видов растений и грибов. Наименьшее число видов приходится на редуцентов, что связано в первую очередь с глобальным однообразием потребляемой ими пищи, а также малыми размерами большинства из них (бактерии, грибы), что позволяет их спорам разноситься на большие расстояния и повсеместно вытеснять менее приспособленные виды. Число видов продуцентов существенно (от 3 до 5 раз по разным оценкам) больше, чем редуцентов, что обусловлено разнообразием природно-климатических условий, к которым они более чувствительны, чем редуценты. Консументы используют в пищу не только продуцентов, но и консументов с редуцентами, создавая таким образом более или менее сложные пищевые цепи и сети, что обусловливает еще большее преобладание их видового разнообразия над редуцентами — от 15 до 20 раз. Большое число видов обеспечивает множественные и разнообразные обратные связи в системе пища – отходы — пища, повышает степень конкуренции видов и скорость их эволюции и увеличивая, в конечном счете устойчивость биогеоценозов и биосферы в целом. Трофическая цепь в экосистеме – это одновременно цепь энергетическая. Академик С.С. Шварц назвал биогеоценоз машиной по трансформации вещества и энергии. В биогеоценозе (экосистеме) существует непрерывный поток энергии, заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рассеянием энергии на каждом последующем звене, т. е. с её потерями и возрастанием энтропии. В конечном итоге вся энергия, поглощаемая растениями, рассеивается и покидает Землю в виде теплового излучения. Рассеяние энергии все время компенсируется поступлением новой энергии от Солнца. Энергетический баланс консументов выражается следующей формулой: Р = П+Д+Н,              (8.1) где Р – рацион консумента; П – продукция; Д – траты на дыхание; Н – энергия неусвоенной пищи. Необходимо подчеркнуть, что основная часть потребляемой с пищей энергии у животных идет на поддержание их жизнедеятельности и лишь сравнительно небольшая – на построение тела, рост и размножение. По ориентировочным подсчетам потери энергии составляют чаще всего не менее 90 % при каждом акте ее передачи по звеньям трофической цепи. Следовательно, на каждый последующий трофический уровень переходит не более 10 % энергии предыдущего уровня. Эта закономерность получила название правила десяти процентов. Например, для получения 1 кг говядины требуется от 70 до 90 кг свежей травы, т. е. на создание вторичной продукции используется 1-2 % первичной продукции. Таким образом, запас энергии, накопленной растениями, стремительно иссякает уже на 4-5-м звеньях трофической цепи. Её потери могут быть восполнены только поступлением новых порций, поэтому, в отличие от круговорота веществ, круговорот энергии в экосистемах отсутствует. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии, постоянного поступления ее извне в виде солнечного излучения или готовых запасов органического вещества (в отдельных случаях за счет химической энергии земных недр – рудные бактерии). Следует отметить отличие понятия «биомасса» от понятия «биологическая продуктивность». Биомасса биоценоза – его общая накопленная масса на момент исследования. Биологическая продуктивность – количество произведенной биомассы на единицу площади (или объема) в единицу времени. Биомасса того или иного биоценоза не дает представления о его продуктивности. Например, средняя фитомасса луговых степей 23 т/га, а годовая продукция составляет 10 т/га. Фитомасса хвойных лесов 200 т/га, а продуктивность – всего 6 т/га в год. Биологическая продуктивность – это скорость воспроизводства органического вещества растениями или животными. При этом выделяют понятия первичная и вторичная продукция, а также чистая продукция. Первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия Солнца преобразуется продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в виде органических веществ. Первичную продуктивность (Р) выражают в единицах синтезированной биомассы в единицу времени. Процесс производства органического вещества состоит из четырёх последовательных этапов, соответствующих различным типам продуктивности. Валовая первичная продуктивность (Пв) – это скорость накопления в процессе фотосинтеза органического вещества* включая ту его часть, которая расходуется на дыхание и процессы метаболизма самими растениями. Чистая первичная продуктивность (Пч) – это скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом той его части, которая использовалась растениями на дыхание и процессы метаболизма. Вторичная продуктивность – скорость накопления органического вещества на уровне консументов. Данная характеристика обозначается через П2, ПЗ и т.д. в зависимости от пищевого (трофического) уровня животного гетеротрофа. Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления органического вещества, которое не потреблено гетеротрофами: Пч – (П2 + ПЗ + П4 + …). На рис. 8.3 показана обобщенная схема потоков энергии и динамики продуктивности в пищевой цепи экосистемы. Мы видим, что за счет трат на дыхание продуцентов и консументов, неусвоение пищи и экскрецию происходит значительное последовательное сокращение на каждом последующем пищевом звене доступной энергии и органического вещества.              – Рис. 8.3. Поток энергии в пищевой цепи экосистемы. Пв – валовая первичная продукция; Пч – чистая первичная продукция; Д – траты на дыхание; А – ассимиляция пищи; К – консументы; П2, П3 – продукция консументов различного порядка; Н – неусвоенная пища и энергия; Э – траты на экскрецию В каждый конкретный момент времени чистая продуктивность сообщества выражается наличной биомассой, или урожаем на корню. Величина урожая в годовом цикле зависит от времени года: весной он минимален, а осенью достигает максимальных значений. Высокие скорости продуцирования органического вещества наблюдаются там, где физические и химические факторы среды весьма благоприятны для жизнедеятельности местных растений и животных. Кроме того, поступление энергии со стороны абиотйческих процессов, кроме солнечного излучения, снижает энергетические затраты организмов при потере тепла на дыханйе. Например, энергия приливов увеличивает продуктивность прибрежных морских экосистем, замещая собой ту часть энергии, которая была израсходована на дыханйе, так как приливная волна приносит новые пищевые компоненты, а в процессе отлива удаляются продукты метаболизма. В связи с этим при оценке продуктивности экосистемы необходимо учитывать как расходование энергии в процессе сбора урожая, гибели части особей при неблагоприятных погодных условиях или по причине загрязнения их среды обитания, так и поступление энергии из различных источников, которое способно увеличить продуктивность, снижая потери энергии при дыхании. Мировое распределение первичной биологической продукции крайне неравномерное. Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижается при недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химических свойствах почвы и т. п. Теоретически возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза составляет около 10 % энергии фотосинтетически активной радиации (ФАР) – около половины от теоретически возможного. В целом же по земному шару усвоение растениями солнечной энергии обычно не превышает 0,1 %. Средний коэффициент использования энергии ФАР для всей территории России составляет около 0,8 %: от 1,8-2,0 % на Северном Кавказе до 0,1 – 0,2 % в пустынях и тундрах. Достигающая поверхности Земли в течение одного года солнечная энергия составляет около 38-109 кДж/га. Один гектар леса в средних широтах продуцирует до 6 т древесины и 4 т листьев, сжигание которых дает 193-106 кДж, т. е. эффективность использования солнечной энергии в средних широтах около 0*5 %.

Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными культурами, занимающими 10 % площади суши.

Почти половина урожая идет на питание людей, остальное – на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах. Всего человек потребляет 0,2 % первичной продукции Земли.

Изучение потоков энергии имеет важное значение для расчетов общей биопродуктивности экосистем, включая оценку (прогноз) хозяйственно возможной продуктивности. 

Источник: Дроздов В.В.. Общая экология. Учебное пособие. 2011

Источник: https://bookucheba.com/voprosi-ekologii/energiya-biologicheskaya-produktsiya-61378.html

9.3. Биологическая продуктивность экосистем

Энергия и биологическая продукция в экосистемах

Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ.

Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией сообщества.

Продукцию выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.

Валовая первичная продукция – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание). Эта часть может быть достаточно большой. В тропических лесах и зрелых лесах умеренного пояса она составляет от 40 до 70 % валовой продукции.

Планктонные водоросли используют на метаболизм около 40 % фиксируемой энергии. Такого же порядка траты на дыхание у большинства сельскохозяйственных культур. Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений.

Чистая первичная продукция – это энергетический резерв для консументов и редуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов – это вторичная продукция сообщества.

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

Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, живут в конечном счете за счет чистой первичной продукции сообщества. В разных экосистемах они расходуют ее с разной полнотой.

Если скорость изъятия первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов.

Под биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических единицах.

Недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения имеет следствием накопление в системе мертвого органического вещества, что происходит, например, при заторфовывании болот, зарастании мелководных водоемов, создании больших запасов подстилки в таежных лесах и т. п. Биомасса сообщества с уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной, так как практически вся первичная продукция тратится в цепях питания и разложения.

9.3.2. Правило пирамид

Экосистемы очень разнообразны по относительной скорости создания и расходования как первичной продукции, так и вторичной продукции на каждом трофическом уровне.

Однако всем без исключения экосистемам свойственны определенные количественные соотношения первичной и вторичной продукции, получившие название правила пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.

Графически это правило выражают в виде пирамид, суживающихся кверху и образованных поставленными друг на друга прямоугольниками равной высоты, длина которых соответствует масштабам продукции на соответствующих трофических уровнях. Пирамида продукции отражает законы расходования энергии в пищевых цепях.

Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т. е. общую биомассу всех организмов каждого трофического уровня.

Наличная биомасса продуцентов или консументов в конкретных экосистемах зависит от того, как соотносятся между собой темпы накопления органического вещества на определенном трофическом уровне и передачи его на вышестоящий, т. е.

насколько сильно выедание образовавшихся запасов. Немаловажную роль при этом играет скорость оборота генераций основных продуцентов и консументов.

Рис. 150. Пирамиды биомассы в некоторых биоценозах (по Ф. Дре, 1976): П – продуценты; РК – растительноядные консументы; ПК – плотоядные консументы; Ф – фитопланктон; 3 – зоопланктон

В большинстве наземных экосистем действует также правило пирамиды биомасс, т. е. суммарная масса растений оказывается больше, чем биомасса всех фитофагов и травоядных, а масса тех, в свою очередь, превышает массу всех хищников (рис. 150).

Отношение годового прироста растительности к биомассе в наземных экосистемах сравнительно невелико. В разных фитоценозах, где основные продуценты различаются по длительности жизненного цикла, размерам и темпам роста, это соотношение варьирует от 2 до 76 %.

Особенно низки темпы относительного прироста биомассы в лесах разных зон, где годовая продукция составляет лишь 2–6% от общей массы растений, накопленной в телах долгоживущих крупных деревьев. Даже в наиболее продуктивных дождевых тропических лесах эта величина не превышает 6,5 %.

В сообществах с господством травянистых форм скорость воспроизводства биомассы гораздо выше: годовая продукция в степях составляет 41–55 %, а в травяных тугаях и эфемерно-кустарниковых полупустынях достигает даже 70–76 %.

Отношение первичной продукции к биомассе растений определяет те масштабы выедания растительной массы, которые возможны в сообществе без подрыва его продуктивности. Относительная доля потребляемой животными первичной продукции в травянистых сообществах выше, чем в лесах.

Копытные, грызуны, насекомые-фитофаги в степях используют до 70 % годового прироста растений, тогда как в лесах в среднем не более 10 %.

Однако возможные пределы отчуждения растительной массы животными в наземных сообществах не реализуются полностью и значительная часть ежегодной продукции поступает в опад.

В пелагиали океанов, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью оборота генераций, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы (рис. 151).

Вся чистая первичная продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей очень мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества.

Рис. 151. Схема соотношения продукции и биомассы у бактерий (1), фитопланктона (2), зоопланктона (3), бентоса (4) и рыб (5) в Баренцевом море (по Л. А. Зенкевичу из С. А. Зернова, 1949)

Для океана правило пирамиды биомасс недействительно (пирамида имеет перевернутый вид). На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни крупных хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала и в их телах задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

В тех трофических цепях, где передача энергии происходит в основном через связи хищник – жертва, часто выдерживается правило пирамиды чисел: общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается.

Это связано с тем, что хищники, как правило, крупнее объектов своего питания и для поддержания биомассы одного хищника нужно несколько или много жертв. Из этого правила могут быть и исключения – те редкие случаи, когда более мелкие хищники живут за счет групповой охоты на крупных животных. Правило пирамиды чисел было подмечено еще в 1927 г. Ч.

Элтоном, который отметил также, что оно неприменимо к цепям питания паразитов, размеры которых с каждым звеном уменьшаются, а число особей возрастает.

Все три правила пирамид – продукции, биомассы и чисел – выражают в конечном счете энергетические отношения в экосистемах, и если два последних проявляются в сообществах с определенной трофической структурой, то первое (пирамида продукции) имеет универсальный характер.

Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют чрезвычайное практическое значение. Первичная продукция агроценозов и эксплуатации человеком природных сообществ – основной источник запасов пищи для человечества.

Не менее важна и вторичная продукция, получаемая за счет сельскохозяйственных и промысловых животных, так как животные белки включают целый ряд незаменимых для людей аминокислот, которых нет в растительной пище.

Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода выгодной для человека продукции. Кроме того, необходимо хорошо представлять допустимые пределы изъятия растительной и животной биомассы из природных систем, чтобы не подорвать их продуктивность.

Подобные расчеты обычно очень сложны из-за методических трудностей и точнее всего выполнены для более простых водных экосистем. Примером энергетических соотношений в конкретном сообществе могут послужить данные, полученные для экосистем одного из озер (табл. 2). Отношение П/Б отражает скорость прироста.

Таблица 2

Поток энергии в экосистеме эвтрофного озера (в кДж/м2) в среднем за вегетационный период (по Г. Г. Винбергу, 1969)

В данном водном сообществе действует правило пирамиды биомасс, так как общая масса продуцентов выше, чем фитофагов, а доля хищных, наоборот, меньше. Наивысшая продуктивность характерна для фито– и бактериопланктона.

В исследованном озере отношения их П/Б довольно низки, что говорит об относительно слабом вовлечении первичной продукции в цепи питания. Биомасса бентоса, основу которой составляют крупные моллюски, почти вдвое больше биомассы планктона, тогда как продукция во много раз ниже.

В зоопланктоне продукция нехищных видов лишь ненамного выше рациона их потребителей, следовательно, пищевые связи планктона достаточно напряжены. Вся продукция нехищных рыб составляет лишь около 0,5 % первичной продукции водоема, и, следовательно, рыбы занимают скромное место в потоке энергии в экосистеме озера.

Тем не менее они потребляют значительную часть прироста зоопланктона и бентоса и, следовательно, оказывают существенное влияние на регулирование их продукции.

Описание потока энергии, таким образом, является фундаментом детального биологического анализа для установления зависимости конечных, полезных для человека продуктов от функционирования всей экологической системы в целом.

9.3.3. Распределение биологической продукции

Важнейшим практическим результатом энергетического подхода к изучению экосистем явилось осуществление исследований по Международной биологической программе, проводившихся учеными разных стран мира в течение ряда лет, начиная с 1969 г. в целях изучения потенциальной биологической продуктивности Земли.

Теоретическая возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10–12 % энергии ФАР, что составляет около половины от теоретически возможного.

Такая скорость связывания энергии достигается, например, в зарослях джугары и тростника в Таджикистане в кратковременные, наиболее благоприятные периоды. КПД фотосинтеза в 5 % считается очень высоким для фитоценоза.

В целом по земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1 %, так как фотосинтетическая активность растений ограничивается множеством факторов.

Мировое распределение первичной биологической продукции крайне неравномерно (рис. 152).

Самый большой абсолютный прирост растительной массы достигает в среднем 25 г/м2 в день в очень благоприятных условиях, например в эстуариях рек и в лиманах аридных районов, при высокой обеспеченности растений водой, светом и минеральным питанием. На больших площадях продуктивность автотрофов не превышает 0,1 г/м2.

Таковы жаркие пустыни, где жизнь лимитируется недостатком воды, полярные пустыни, где не хватает тепла, и обширные внутренние пространства океанов с крайним дефицитом питательных веществ для водорослей. Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет 150–200 млрд т.

Более трети его образуется в океанах, около двух третей – на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических осадках водоемов и гумусе почв.

Рис. 152. Распределение первичной продукции по земному шару

Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижается при недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химических свойствах почвы и т. п. Продуктивность растительности изменяется не только при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой зоны.

На территории России в зонах достаточного увлажнения первичная продуктивность увеличивается с севера на юг, с увеличением притока тепла и продолжительности вегетационного сезона. Годовой прирост растительности изменяется от 20 ц/га на побережье и островах Северного Ледовитого океана до более чем 200 ц/га на Черноморском побережье Кавказа.

В среднеазиатских пустынях продуктивность падает до 20 ц/га.

Средний коэффициент использования энергии ФАР для всей территории бывшего СССР составляет 0,8 %: от 1,8–2,0 % на Кавказе до 0,1–0,2 % в пустынях Средней Азии. В большинстве восточных районов, где менее благоприятны условия увлажнения, этот коэффициент составляет 0,4–0,8 %, на европейской территории – 1,0–1,2 %. КПД суммарной радиации примерно вдвое ниже.

Для пяти континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно мало. Исключением является Южная Америка, на большей части которой условия для развития растительности очень благоприятны (табл. 3).

Таблица 3

Продуктивность естественного растительного покрова (по Н. А. Ефимовой)

Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными культурами, занимающими примерно 10 % площади суши (около 1,4 млрд га).

Общий годовой прирост культурных растений составляет около 16 % от всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.

Примерно половина урожая идет непосредственно на питание людей, остальная часть – на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах.

Растительная пища обходится для людей энергетически дешевле, чем животная. Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании и распределении продукции могли бы обеспечить растительной пищей примерно вдвое большее население Земли, чем существующее.

Однако сельскохозяйственное производство нуждается в большой затрате труда и капиталовложениях. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день.

Имеющиеся на Земле ресурсы, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно менее 50 % потребностей современного населения Земли.

Существующие ограничения, накладываемые масштабами вторичной продуктивности, усиливаются несовершенством социальных систем распределения. Большая часть населения Земли находится, таким образом, в состоянии хронического белкового голодания, а значительная часть людей страдает также и от общего недоедания.

Таким образом, увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

Источник: http://indbooks.in/mirror1.ru/?p=328986

Экология СПРАВОЧНИК

Энергия и биологическая продукция в экосистемах

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ — результат жизнедеятельности экологической системы, органическое вещество которой продуцируют входящие в ее состав организмы за единицу времени (день, год и т. д.). Различают первичную (растительную) и вторичную (результат деятельности бесхлорофильных организмов) продукцию.

Вторичная Б. п. может разделяться по трофическим уровням на продукцию растительноядных организмов, хищников первого порядка и т.д. Величина Б. п. зависит от количества ресурсов, и в первую очередь от того ресурса, который находится в дефиците (влага — в степной зоне, плодородие почвы — в лесной, тепло — в тундре).

[ …]

Биологическая продукция, образующаяся в водоемах в результате поступления в них минеральных удобрений, согласно Боргстрому [32], во много раз превышает прибавки урожая полевых культур, получаемые за счет применения удобрений, потому что фитопланктон использует питательные вещества более интенсивно. Это пример лучшей доступности растворенных питательных веществ для планктона и более быстрого размножения водорослей.[ …]

Биологическая продукция – результат жизнедеятельности экосистемы, органическое вещество, которое продуцируют входящие в её состав организмы. Различают первичную (растительную) и вторичную (животную) продукцию.

Продукция в последовательных трофических уровнях в любом биоценозе представляет убывающий ряд чисел, каждое из которых примерно в 10 раз меньше предыдущего (правило пирамиды биологической продукции).

Среднее значение первичной продукции по всему земному шару составляет около 3 т/га-год сухого вещества.[ …]

Большая биологическая продукция экосистем Р.п. стала причиной их интенсивного использования, что вызвало изменения в растительности. Значительная часть лесов в большинстве Р.п. заменена вторичными лугами. Многие Р.п. затоплены водохранилищами. В сохранившихся участках Р.п. большие массивы луговых угодий распаханы или деградировали в ходе пастбищной дигрессии.[ …]

Величина биологической продуктивности каждого участка земной поверхности зависит от соотношения тепла и влаги, поступающих к этому участку. Чем больше величина солнечной энергии, поглощаемой поверхностью земли, или, что то же, радиационного баланса, тем лучше условия для синтеза первичной биологической продукции.

Однако это верно только в том случае, если этот участок получает оптимальное количество воды, то есть такое, когда количество осадков и величина испаряемости равны. Если осадков меньше, чем величина испаряемости, то биопродуктивность будет сдерживаться дефицитом влаги, и чем меньше влаги, тем хуже условия для прироста биомассы.

А если осадков больше, чем может испариться, то переувлажнение почв также будет подавлять прирост.[ …]

В целом по биологической продукции преобладающая часть океана приближается к пустыням, но разные М.э. значительно отличаются по продуктивности (см. рис. 6 на цветной вклейке).

Продукция повышается при волнении моря, способствующем обогащению воды кислородом. М.э. испытывают возрастающее влияние человека (см. Загрязнение морей, Браконьерство). Большой ущерб М.э.

наносит добыча нефти и газа на континентальном шельфе.[ …]

Первичная биологическая продукция М.э. образуется в поверхностном слое воды, толщина которого во многом определяется географической широтой.

В районе экватора вертикально падающие солнечные лучи пробирают толщу воды в 250 до, а в Б лом море те же лучи, но падающие под острым углом, способны просветить не более 25 м. Концентратором биомассы в М.э. является нектон, представленный рыбами, млекопитающими и моллюсками.

Около 10% биологической продукции в составе «питательного дождя» опускается в темные глубины океана, в том числе 0,03—0,05% — захораниваются в осадках.[ …]

Первичная биологическая продукция является основой жизнедеятельности большинства живых существ. Она расходуется на питание на всех трофических уровнях экологической пирамиды.

В предшествующих главах мы уже говорили, что баланс углерода как для экосферы в целом, так и для первичных (незатронутых человеком) экосистем замыкается с весьма высокой степенью точности.

Можно сказать, что в масштабе времени до 1000 лет для первичных экосистем существует квазистационарный баланс источников и стоков.[ …]

Самую высокую биологическую продукцию среди М.э.

имеют коралловые рифы, эстуарии (лиманы, прибрежья в местах впадения рек) и зоны апвеллин-га, где глубинные воды, богатые элементами питания, поднимаются к поверхности, а также геотермальные экосистемы.

Умеренно продуктивна зона континентального шельфа, с которой связан промысел морской рыбы (сельдь, треска, камбала, минтай, хек и др.), ракообразных (крабы, креветки, лангусты) и моллюсков (кальмары).[ …]

Второй аспект биологической роли пространственного структурирования заключается в том, что она служит основой устойчивого поддержания необходимого уровня внутрипопуляционных контактов между особями. Осуществление функций популяции —как видовых (размножение, расселение и др.

), так и биоценотических (участие в круговороте, создание биологической продукции, воздействие на популяции других видов) —возможно только на основе устойчивых, закономерных взаимодействий между отдельными особями и их группами.

Поддержание таких взаимодействий в структурированной системе обеспечено намного надежнее, нежели это возможно при хаотическом, случайном распределении элементов популяции в пространстве.[ …]

Если в ходе Э.с. биологическая продукция и видовое богатство экосистем возрастают, Э.с. называются прогрессивными, если снижаются — регрессивными. Человек может управлять автогенными Э.с., задерживая их на ранних стадиях, или,напротив, ускоряя их. Например, в случае, если растительное сообщество ранней стадии Э.с.

сформировано рудеральными растениями, которые являются ценными лекарственными травами (полынь обыкновенная, лопух, пустырник, крапива двудомная и др.), то для замедления Э.с. повторяют нарушения — разрыхляют поверхность почвы.

Для ускорения зарастания нарушенных промышленностью участков в лесотундре (при добыче нефти и газа), напротив, вносят удобрения или даже обогащают банк семян в почве за счет высева травосмеси.[ …]

ПРОДУКТИВНОСТЬ (продукция) ПЕРВИЧНАЯ — биологическая продуктивность (продукция) продуцентов (преимущественно фитоценоза). ПРОДУКЦИЯ — см. Биологическая продукция.[ …]

П. дает основную биологическую продукцию водных экосистем.[ …]

Первичная чистая биологическая продукция экосистемы в дальнейшем потребляется всеми гетеротрофными организмами, обеспечивая энергией и материей их функционирование, и является основой для создания вторичной продукции экосистемы. Пл -представляет собой метаболическую энергию, затрачиваемую на поддержание жизни растений.[ …]

Величина первичной биологической продукции – это общее количество органического вещества, создаваемого в ходе фотосинтеза за единицу времени (обычно за год) на определенной площади.

Как правило, в литературе рассматривается “чистая ” первичная биологическая продуктивность, представляющая общую биопродуктивность за вычетом расходов синтезированного органического вещества на дыхание растений.[ …]

К параметрам, характеризующим биологический круговорот, относятся отношение ежегодной биологической продукции геосистемы к ее ббщей биомассе, годового прироста зеленой массы растений к общему приросту фитомассы, годового опада к запасам подстилки, степень использования ежегодного прироста биомассы на дыхание живых организмов, общее соотношение массы 1 живого вещества с мертвым органическим веществом, накопленным в геосистеме (И.П.Герасимов и др., 1972) /9/. В геохимии ландшафтов основным из этих показателей является отношение ежегодной продукции и биомассы, характеризующее наиболее высокие единицы в ландшафтно-геохимических классификациях.[ …]

Ясно, что потребление первичной биологической продукции человеком превосходит все мыслимые пределы уже сейчас.

При дальнейшем росте населения мира его потребности можно будет удовлетворять только за счет потребностей других живых организмов, а это неизбежно, рано или поздно, приведет к катастрофической деградации биосферы и, следовательно, и экосферы в целом.

В проблемах деградации биосферы есть два наиболее серьезных аспекта: во-первых, как мы только что видели, чрезмерное, не соответствующее установленному природой уровню антропогенное поглощение и разрушение возобновимых биологических ресурсов и, во-вторых, снижение роли биосферы в стабилизации состояния экосферы.

Обе проблемы чрезвычайно серьезны, но, вероятно, вторая проблема более важна, потому что она затрагивает основные, глубинные, системные процессы функционирования экосферы. Можно считать, что величина антропогенной доли поглощения и разрушения первичной биологической продукции суши – важнейший геоэкологический индекс чрезвычайно неблагоприятного, кризисного состояния экосферы.[ …]

ПРОДУЦЕНТЫ – создатели первичной биологической продукции в экосистеме (см. Авто-трофы).[ …]

Подчеркнем, что из правила пирамиды биологической продукции нет исключений, потому что оно отражает законы передачи энергии в цепях питания.[ …]

Между Б.р., устойчивостью экосистем и их биологической продукцией нет прямой зависимости. Более продуктивными могут быть экосистемы с невысоким Б.р. Например, при удобрении лугов их Б.р. резко снижается, а продукция — увеличивается. Устойчивыми (т. е. способными самовосстанавли-ваться после нарушения) часто являются экосистемы с невысоким Б.р., например пустыни.[ …]

В зоне А. наблюдается, как правило, высокая биологическая продукция и характерны укороченные пищевые цепи, причем в фитопланктоне преобладают диатомовые водоросли, а в нектоне — сельдевые рыбы. Многие плотоядные рыбы в районах А. переходят на растительную пищу. Районы А. — места промысла рыбы.[ …]

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.[ …]

На рис. 5 и 6 вклейки показана средняя первичная биологическая продукция на суше и в океане.[ …]

Производство минеральных удобрений с целью увеличения биологической продукции педосферы — пример техногенной деятельности человека, непосредственно направленной на почву. Однако на почвенный покров также влияют последствия производственных процессов, специально не направленных на почву.

Особо важное значение имеют техногенные выбросы в атмосферу. Твердые вещества этих выбросов, представленные частицами от 10 мкм и крупнее, оседают вблизи от источников загрязнения, более мелкие частицы в составе газов переносятся на большие расстояния.

Среди последних приоритетным загрязнителем является сера.[ …]

В табл. 9 приведены данные о наземных и водных Б. мира и показана биологическая продукция этих экосистем. БИОРИТМЫ (биологические ритмы, Б.) — закономерные периодические изменения физиологии или поведения организмов при смене времени суток, сезонов года, приливов и отливов, лунных фаз. Суточные Б.

ярко выражены у животных и человека, время активной деятельности и отдыха у разных видов меняется по-разному. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) — период бодрствования наступает с темнотой. У человека с суточным Б. связаны десятки физиологических показателей (пульс, артериальное давление, температура тела и др.

), от которых зависит его работоспособность.[ …]

ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛАНДШАФТА — способность ландшафта производить биологическую продукцию. См. Биологическая продуктивность экосистемы.[ …]

Закон максимума. Экосистема может производить биомассу и иметь биологическую продукцию не выше, чем свойственно самым продуктивным ее элементам в их идеальном сочетании.[ …]

Скорость создания органического вещества в экосистемах называется биологической продукцией, а масса тела живых организмов — биомассой. Органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени, называется первичной продукцией сообществ, а продукция животных или других консументов — вторичной.[ …]

Прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу времени, называется биологической продукцией (продуктивностью). Различают первичную и вторичную продукцию сообщества.[ …]

Процесс захоронения органического углерода в осадочных породах охватывает 1/10000 часть биологической продукции биосферы и обеспечивает постоянство концентраций кислорода и углекислого газа в последней. При этом выводимый из биосферы углерод с точностью до 3-4 значащих цифр компенсируется потоком неорганического углерода из земных недр в окружающую среду.[ …]

В XXI в. необходимо, как никогда, добиться максимального сокращения потребления первичной биологической продукции в первую очередь за счет сокращения потребления территории и рубок леса, а также путем более интенсивного лесовосстановления, значительного расширения площадей, охраняемых территорий, заповедников и национальных парков.[ …]

Таким образом, не только величины тепла и влаги, но и их соотношение, предопределяют величину первичной биологической продукции и, в конечном итоге, формирование основных типов растительности. При этом можно видеть, что, например, леса произрастают в условиях достаточного или избыточного увлажнения, но в зависимости от поступающего тепла принимают различный облик.

С другой стороны, при сокращении увлажнения растительность становится все более сухолюбивой, так что при одном и том же радиационном балансе, но убывающем количестве осадков, мы наблюдаем направленное чередование типов растительности: от влажного леса к саванне, затем к степи и, наконец, пустыне.

Таким образом, распределение основных типов растительности не случайно, а подчиняется определенным закономерностям.[ …]

В суточном ритме меняются и функциональные параметры экосистемы — интенсивность фотосинтеза и переработки первичной биологической продукции во вторичную. Лишь в почве, заселенной армадой простейших и беспозвоночных животных, жизнь в ночные часы замедляется незначительно. Сезонные ритмы.

Обитатели экосистемы хорошо адаптированы к смене времен года: растения на зиму сбрасывают листья, животные «утепляются», увеличивая прослойку жира и густоту шерстного покрова, впадают в спячку или мигрируют в более благоприятные и теплые условия (птицы), зайцы меняют «маскировочные халаты» и становятся белыми и т. д.

Естественно, что в разные сезоны года различаются и функциональные параметры экосистемы. В умеренных широтах в зимнее время функции экосистем (продукция, дыхание) резко снижаются, хотя в тропических лесах сезонность «работы» экосистемы практически отсутствует.

В степях, саваннах, ксерофитных зимнезеленых лесах наблюдается замирание жизни экосистемы и во второй половине лета в период дефицита влаги.[ …]

ПАСТБИЩЕ (П.) — естественное или сеянное кормовое угодье, используемое для выпаса скота. В РФ свыше 60 млн га естественных П. Биологическая продукция большинства этих П.

низкая и составляет (в зеленой массе) не более 10-40 ц/га за весь пастбищный сезон. П. подвержены пастбищной дигрессии, так как испытывают сильное влияние перевыпаса. П.

нуждаются в улучшении, и в первую очередь — в урегулировании пастбищных нагрузок и внедрении пастбищеоборота.[ …]

ПЛОДОРОДИЕ (почвы, П.) -способность почвы удовлетворять потребность растений в воде и элементах минерального питания, от которой зависит первичная биологическая продукция экосистемы (урожай — для агроэкосистем). П.

— комплексный показатель, которой оценивается по урожайности сельскохозяйственных культур и зависит от содержания гумуса, наличия в почве подвижных (водорастворимых) форм элементов минерального питания, режима ее увлажнения, реакции почвенного раствора, наличия в ней токсичных ионов. На П.

влияет также структура почвы, определяющая соотношение процессов минерализации и гумификации органического вещества и т. д. В современном мире общей тенденцией является уменьшение П.

: на деградирующей почве развивается меньше растений, поэтому становится меньше детрита, соответственно уменьшается количество гумуса в почве, т. е. усиливается ее деградация — порочный круг замыкается.[ …]

Итак, почва – это полифункциональная природная система.

Из многочисленных важнейших функций следует выделить наиважнейшие, а именно определяющую роль почвы в производстве первичной биологической продукции как основы возобновимых природных ресурсов и главного источника питания человечества, и роль почвы как тонкой поверхностной оболочки экосферы, через которую осуществляется обмен веществом и энергией во многих звеньях глобальных биогеохимических циклов и регулируется химический состав вод и воздуха. Выражаясь языком журналистов, можно сказать, что роль почвы во многом похожа на роль кожи у животных.[ …]

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ — способность почвы обеспечивать растения питательными веществами, влагой и др. условиями для обеспечения продукционного процесса. Понятие П.п. не несет в себе количественной оценки. Ср. Биопродуктивность, Биологическая продукция экосистемы общая.[ …]

Основные черты А. определяет человек, который стоит на вершине экологической пирамиды и заинтересован в спрямлении пищевых цепей с целью получения максимального количества первичной (растениеводческой) и вторичной (животноводческой) продукции нужного качества.

Он управляет составом продуцентов и консументов, соотношением потоков энергии по главным пищевым цепям («растение-» человек» и «растение -» скот -» человек»), уровнем первичной и вторичной биологической продукции, оттоком вещества и энергии по дополнительным цепям («почва-» сорные растения», «культурные растения-» насекомые-фитофаги», «хозяин-» паразит»).[ …]

Баланс элемента в экосистеме может быть как положительным (прогрессивная аккумуляция), так и отрицательным (прогрессивное объединение). В природных экосистемах дефицит того или иного элемента для .

создания биологической продукции восполняется за счет резервов атмосферы, гидросферы и литосферы в пределах данного пространственного элемента экосферы, а в антропогенных агроэкосистемах — преимущественно за счет искусственных удобрений, импортированных со стороны.[ …]

ВОДОРОСЛИ (В.)- сборная группа низших растений, играющая важную роль в водных и наземных экосистемах. Особое значение имеют микроскопические В. (зеленые, диатомовые), которые являются основными продуцентами водных экосистем.

В морских экосистемах обитают также крупные В. (бурые, красные) с длиной слоевища до 60 м, биологическая продукция которых может достигать 2 т/га сухого вещества. В наземных экосистемах распространены почвенные В.

, однако их вклад в первичную биологическую продукцию незначителен.[ …]

В мелководной неритической зоне экологические условия по сравнению с открытым океаном наиболее оптимальны для морских организмов: световой и температурный режим, достаточное количество питательных веществ и др., поэтому здесь наблюдается максимальное видовое разнообразие фауны и флоры.

Здесь сконцентрировано около 80% всей биологической продукции океана. В открытом океане несколько другая экологическая обстановка: пища менее сконцентрирована, поэтому здесь разнообразны активно плавающие организмы (рыбы, китообразные, кальмары, осьминоги и др.

), многочисленны хищные рыбы – акулы, тунцы.[ …]

Открытый океан. Он отделяется от прибрежной зоны областью резкого увеличения глубин у края континентального шельфа.

На его долю приходится только 10% биомассы океанических растений и животных, и безбрежные просторы глубоководья можно считать полупустынными.

Однако благодаря огромной протяженности открытый океан — это о с-н о в н о й поставщик чистой первичной биологической продукции н а Земле.[ …]

Крупные животные всегда живут в избытке питательных веществ и их экспансия ограничивается максимально доступной долей потребления пищевых ресурсов. Плотность численности популяции всех крупных животных в естественных сообществах определяется требованием сохранения устойчивой замкнутости круговорота веществ в сообществе.

Поддержание низкой доли потребления ими биологической продукции происходит так же, как биологическая регуляция концентрации биогенов.

Распадные изменения в поведении крупного животного, позволяющие ему увеличить свою долю потребления сверх допустимого уровня, приводят к искажению окружающей среды, поте-ре конкурентоспособности такими сообществами и их вытеснению сохранившимися нормальными сообществами.

Оптимальная величина плотности численности записана в нормальном геноме животного. Большинство особенностей поведения этих животных основано на предотвращении роста численности, а не на повышении численности до предела кормовых возможностей.[ …]

М. кишечнополостных и водорослей. Водоросли поселяются в теле кораллов, заключенных в известковый скелет, и снабжают животное органическим веществом.

Животное поставляет водорослям питательные элементы и дает убежище. Водоросли лишь помогают наиболее эффективно использовать вещества, полученные при гетеротрофном питании. Этим М.

объясняется высокая биологическая продукция коралловых рифов.[ …]

ЛАНДШАФТ (А.)- природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (рельеф, климат, вода, почвы, растительность, животные) взаимосвязаны. А. — понятие географическое, в экологии оно соответствует экосистеме определенного ранга. Различие между А.

и экосистемой заключается в том, что признаки А. можно изучить визуально, а для изучения экосистемы необходим анализ взаимодействия компонентов, входящих в ее состав (в первую очередь их участие в создании биологической продукции и круговоротах веществ).[ …

]

Для улучшения системы Л. в РФ необходимо совершенствование юридических и экономических механизмов рационального природопользования. ЛЕСОСАДЫ (А.) — одна из первых форм экстенсивного сельского хозяйства в тропической зоне, которая, возможно, предшествовала сельскому хозяйству на основе возделывания культурных растений. Л. использовались индейцами майя.

На участке леса удалялись малоценные растения и создавались условия для разрастания полезных растений, которые рассаживались корневищами и семенами. Таким образом за счет регулирования состава сохраняющейся экосистемы удавалось получать биологическую продукцию нужного качества. Следующий этап развития сельского хозяйства представляли агролеса.[ …

]

Источник: https://ru-ecology.info/term/48690/

Book for ucheba
Добавить комментарий