Экожүйенің биологиялық өнімділігі

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-12 09:50

Жыл сайын адамдар планетаның ресурстарын көбірек сарқып барады. Соңғы кездері белгілі бір биоценоз қанша ресурстарды қамтамасыз ете алатынын бағалау үлкен маңызға ие болғаны таңқаларлық емес. Бүгінгі таңда экожүйенің өнімділігі басқару тәсілін таңдауда шешуші мәнге ие, өйткені жұмыстың экономикалық орындылығы алуға болатын өнім көлеміне тікелей байланысты.

Бүгінгі таңда ғалымдардың негізгі сұрақтары мыналар:

Күн энергиясының қаншасы бар және өсімдіктер қаншалықты игереді, ол қалай өлшенеді?
Экожүйелердің қандай түрлері ең өнімді және ең негізгі өнім береді?
Негізгі өндірісті жергілікті және әлемдік деңгейде қандай факторлар шектейді?
Зауыттардың энергияны түрлендіру тиімділігі қандай?
Тиімділіктің қандай айырмашылығы барассимиляция, таза өндіріс және экологиялық тиімділік?
Экожүйелер биомасса мөлшері немесе автотрофты организмдердің көлемі бойынша қалай ерекшеленеді?
Адамдарға қанша энергия қолжетімді және біз қанша пайдаланамыз?

Осы мақала аясында біз оларға жартылай болса да жауап беруге тырысамыз. Алдымен, негізгі ұғымдармен айналысайық. Сонымен, экожүйенің өнімділігі – органикалық заттардың белгілі бір көлемде жиналу процесі. Бұл жұмысқа қандай ағзалар жауапты?

Автотрофтар және гетеротрофтар

Біз кейбір организмдердің бейорганикалық прекурсорлардан органикалық молекулаларды синтездей алатынын білеміз. Оларды автотрофтар деп атайды, бұл «өзін-өзі қоректендіретін» дегенді білдіреді. Шын мәнінде, экожүйелердің өнімділігі олардың қызметіне байланысты. Автотрофтарды негізгі продуценттер деп те атайды. Қарапайым бейорганикалық заттардан (су, СО2) күрделі органикалық молекулалар түзуге қабілетті организмдер көбінесе өсімдіктер класына жатады, бірақ кейбір бактериялар бірдей қабілетке ие. Олардың органикалық заттарды синтездеу процесі фотохимиялық синтез деп аталады. Аты айтып тұрғандай, фотосинтез үшін күн сәулесі қажет.

Хемосинтез деп аталатын жолды да атап өткен жөн. Кейбір автотрофтар, негізінен мамандандырылған бактериялар, бейорганикалық қоректік заттарды күн сәулесінің әсерінсіз органикалық қосылыстарға айналдыра алады. Хемосинтетиктердің бірнеше топтары бартеңіздегі және тұщы судағы бактериялар және олар әсіресе күкіртсутегі немесе күкірттің көп мөлшері бар орталарда жиі кездеседі. Хлорофиллді өсімдіктер және фотохимиялық синтезге қабілетті басқа организмдер сияқты хемосинтетикалық организмдер автотрофтар болып табылады. Дегенмен, экожүйенің өнімділігі өсімдіктердің белсенділігі болып табылады, өйткені ол органикалық заттардың 90% -дан астамын жинақтауға жауапты. Хемосинтез бұл ретте пропорционалды түрде азырақ рөл атқарады.

Сонымен қатар көптеген ағзалар өздеріне қажетті энергияны басқа ағзаларды жеу арқылы ғана ала алады. Оларды гетеротрофтар деп атайды. Негізінде бұларға бірдей өсімдіктер (олар да дайын органикалық заттарды «жейді»), жануарлар, микробтар, саңырауқұлақтар және микроорганизмдер жатады. Гетеротрофтарды «тұтынушылар» деп те атайды.

Өсімдіктердің рөлі

Ереже бойынша, бұл жағдайда «өнімділік» сөзі өсімдіктердің органикалық заттардың белгілі бір мөлшерін сақтау қабілетін білдіреді. Бұл таңқаларлық емес, өйткені бейорганикалық заттарды органикалық заттарға тек өсімдік ағзалары ғана айналдыра алады. Оларсыз біздің планетамыздағы өмірдің өзі мүмкін емес еді, сондықтан экожүйенің өнімділігі осы позициядан қарастырылады. Жалпы, сұрақ өте қарапайым: өсімдіктер қанша органикалық заттарды сақтай алады?

Қандай биоценоздар ең өнімді?

Бір қызығы, адам қолымен жасалған биоценоздар ең өнімді емес. Джунглилер, батпақтар, ірі тропикалық өзендердің селвалары осыған байланыстыәлдеқайда алда. Сонымен қатар, дәл осы биоценоздар улы заттардың үлкен мөлшерін бейтараптандырады, олар қайтадан адам әрекетінің нәтижесінде табиғатқа енеді, сонымен қатар планетамыздың атмосферасындағы оттегінің 70% -дан астамын шығарады. Айтпақшы, әлі күнге дейін көптеген оқулықтарда Жер мұхиты ең өнімді «нан қоржынының» екені айтылады. Бір қызығы, бұл мәлімдеме шындықтан өте алыс.

Мұхит парадоксы

Теңіздер мен мұхиттардың экожүйелерінің биологиялық өнімділігі немен салыстырылатынын білесіз бе? Жартылай шөлдермен! Биомассаның үлкен көлемі планета бетінің көп бөлігін алып жатқан су кеңістігімен түсіндіріледі. Сондықтан таяу жылдарда теңіздерді бүкіл адамзат үшін қоректік заттардың негізгі көзі ретінде бірнеше рет болжанған пайдалану мүмкін емес, өйткені оның экономикалық мүмкіндігі өте төмен. Дегенмен, экожүйенің бұл түрінің төмен өнімділігі мұхиттардың барлық тіршілік иелерінің тіршілігі үшін маңызын ешбір төмендетпейді, сондықтан оларды мүмкіндігінше мұқият қорғау қажет.

Қазіргі экологтар ауылшаруашылық жерлерінің мүмкіндігі әлі таусылған жоқ, келешекте олардан мол өнім аламыз деп отыр. Күріш алқаптарына ерекше үміт артылады, олар бірегей сипаттамаларының арқасында орасан зор құнды органикалық заттарды өндіреді.

Биологиялық жүйелердің өнімділігі туралы негізгі ақпарат

Экожүйенің жалпы өнімділігіфотосинтез жылдамдығымен және белгілі бір биоценоздағы органикалық заттардың жинақталуымен анықталады. Уақыт бірлігінде түзілетін органикалық заттардың массасы бастапқы өндіріс деп аталады. Оны екі жолмен көрсетуге болады: не Джоульде, не өсімдіктердің құрғақ массасында. Жалпы өнім – бұл белгілі бір уақыт бірлігінде, фотосинтез процесінің тұрақты жылдамдығында өсімдік организмдері жасаған оның көлемі. Бұл заттың бір бөлігі өсімдіктердің өмірлік белсенділігіне кететінін есте ұстаған жөн. Қалған органикалық заттар экожүйенің таза бастапқы өнімділігі болып табылады. Ол гетеротрофтарды тамақтандыруға барады, оның ішінде сіз бен мен.

Негізгі өндірістің "жоғарғы шегі" бар ма?

Қысқасы, иә. Фотосинтез процесі негізінен қаншалықты тиімді екенін жылдам қарастырайық. Еске салайық, жер бетіне түсетін күн радиациясының қарқындылығы орналасуға өте тәуелді: энергияның максималды қайтарымы экваторлық аймақтарға тән. Ол полюстерге жақындаған сайын экспоненциалды түрде төмендейді. Күн энергиясының жартысына жуығы мұзда, қарда, мұхиттарда немесе шөлдерде көрінеді және атмосферадағы газдармен жұтылады. Мысалы, атмосфераның озон қабаты ультракүлгін сәулелердің барлығын дерлік сіңіреді! Өсімдіктердің жапырақтарына түсетін жарықтың жартысы ғана фотосинтез реакциясына жұмсалады. Сонымен, экожүйелердің биологиялық өнімділігі күн энергиясының елеусіз бөлігін түрлендірудің нәтижесі болып табылады!

Қосымша өндіріс дегеніміз не?

Сәйкесінше, қосалқы өнімдер деп аталадыбелгілі бір уақыт аралығындағы тұтынушылардың (яғни тұтынушылардың) өсуі. Әрине, экожүйенің өнімділігі әлдеқайда аз дәрежеде оларға байланысты, бірақ адам өміріндегі ең маңызды рөлді дәл осы биомасса атқарады. Айта кету керек, қайталама органикалық заттар әрбір трофикалық деңгейде бөлек есептеледі. Осылайша, экожүйе өнімділігінің түрлері екі түрге бөлінеді: негізгі және қайталама.

Негізгі және қайталама өндірістің арақатынасы

Өзіңіз ойлағандай, биомассаның жалпы өсімдік массасына қатынасы салыстырмалы түрде төмен. Джунгли мен батпақтарда да бұл көрсеткіш сирек 6,5%-дан асады. Қауымдастықтағы шөптесін өсімдіктер неғұрлым көп болса, органикалық заттардың жиналу жылдамдығы соғұрлым жоғары болады және сәйкессіздік соғұрлым жоғары болады.

Органикалық заттардың түзілу жылдамдығы мен көлемі туралы

Жалпы алғанда, бастапқы органикалық заттардың түзілуінің шекті жылдамдығы өсімдіктердің фотосинтетикалық аппаратының күйіне (PAR) толығымен байланысты. Зертханалық жағдайларда қол жеткізілген фотосинтез тиімділігінің максималды мәні PAR мәнінің 12% құрайды. Табиғи жағдайларда 5% мәні өте жоғары болып саналады және іс жүзінде болмайды. Жерде күн сәулесінің ассимиляциясы 0,1%-дан аспайды деп есептеледі.

Негізгі өндірісті бөлу

Табиғи экожүйенің өнімділігі бүкіл планетада өте біркелкі емес екенін атап өткен жөн. Жыл сайын түзілетін барлық органикалық заттардың жалпы массасыЖер беті шамамен 150-200 млрд т. Жоғарыдағы мұхиттардың өнімділігі туралы не айтқанымыз есіңізде ме? Демек, бұл заттың 2/3 бөлігі құрлықта түзілген! Елестетіп көріңізші: гидросфераның орасан зор, таңғажайып көлемдері жердің кішкене бөлігіне қарағанда үш есе аз органикалық заттарды құрайды, оның үлкен бөлігі шөлдер!

Жиналған органикалық заттардың 90%-дан астамы сол немесе басқа түрде гетеротрофты организмдерге қорек ретінде пайдаланылады. Күн энергиясының аз ғана бөлігі топырақ гумусы түрінде сақталады (сонымен қатар қазіргі кезде де қалыптасып келе жатқан мұнай мен көмір). Біздің еліміздің аумағында бастапқы биологиялық өнім көлемінің ұлғаюы гектарына 20 центнерден (Солтүстік Мұзды мұхит маңында) Кавказда гектарына 200 центнерден астамға дейін ауытқиды. Шөлді аймақтарда бұл көрсеткіш 20 ц/га аспайды.

Негізінде, біздің әлемнің бес жылы континентінде өндіріс қарқындылығы іс жүзінде бірдей, дерлік: Оңтүстік Америкада өсімдіктер тамаша климаттық жағдайларға байланысты бір жарым есе көп құрғақ заттарды жинайды. Онда табиғи және жасанды экожүйелердің өнімділігі барынша жоғары.

Адамдарды не тамақтандырады?

Біздің планетамыздың бетіндегі шамамен 1,4 миллиард гектар жер бізді азық-түлікпен қамтамасыз ететін мәдени өсімдіктер плантациялары болып табылады. Бұл планетадағы барлық экожүйелердің шамамен 10% құрайды. Бір қызығы, нәтижесінде алынған өнімдердің жартысы ғана адам тағамына тікелей кетеді. Қалғанының бәрі үй жануарларына арналған тағам ретінде пайдаланылады және барадыөнеркәсіп өндірісінің қажеттіліктері (тамақ өнімдерін өндірумен байланысты емес). Ғалымдар ұзақ уақыт бойы дабыл қағуда: біздің планетамыздың экожүйелерінің өнімділігі мен биомассасы адамзаттың ақуызға деген қажеттілігінің 50% -дан аспайтынын қамтамасыз ете алады. Қарапайым тілмен айтқанда, әлем халқының жартысы созылмалы ақуыздық аштық жағдайында өмір сүреді.

Биоценоздар-рекорд иелері

Айтқанымыздай, экваторлық ормандар ең жоғары өнімділігімен сипатталады. Ойлап көріңізші: мұндай биоценоздың бір гектарына 500 тоннадан астам құрғақ зат түсуі мүмкін! Және бұл шектен алыс. Мысалы, Бразилияда бір гектар орман жылына 1200-ден 1500 тоннаға (!) дейін органикалық зат береді! Ойлап көріңізші: бір шаршы метрде екі центнерге дейін органикалық заттар бар! Сол аумақтағы тундрада 12 тоннадан аспайды, ал ортаңғы белдеудегі ормандарда - 400 т шегінде. Ол бөліктердегі ауыл шаруашылығы кәсіпорындары мұны белсенді түрде пайдаланады: қант түріндегі жасанды экожүйенің өнімділігі. гектарына 80 тоннаға дейін құрғақ зат жинай алатын қамыс алқабы, басқа еш жерде физикалық түрде мұндай өнім бере алмайды. Дегенмен, Ориноко және Миссисипи шығанақтары, сондай-ақ Чадтың кейбір аудандары олардан аз ерекшеленеді. Мұнда бір жыл ішінде экожүйелер бір гектар аумаққа 300 тоннаға дейін заттарды «шығарады»!

Нәтижелер

Осылайша, өнімділікті бағалау негізгі зат негізінде жүргізілуі керек. Мәселе мынада, қайталама өндіріс бұл мәннен 10% аспайды, оның құны айтарлықтай өзгереді, сондықтан егжей-тегжейлі талдаубұл көрсеткіш мүмкін емес.