Taon-taon, mas nauubos ng mga tao ang mga mapagkukunan ng planeta. Hindi kataka-taka na kamakailan ang isang pagtatasa kung gaano karaming mga mapagkukunan ang maaaring ibigay ng isang partikular na biocenosis ay naging napakahalaga. Sa ngayon, ang pagiging produktibo ng ecosystem ay napakahalaga kapag pumipili ng paraan ng pamamahala, dahil ang pagiging posible sa ekonomiya ng trabaho ay direktang nakasalalay sa dami ng produksyon na maaaring makuha.
Narito ang mga pangunahing tanong na kinakaharap ng mga siyentipiko ngayon:
- Gaano karaming solar energy ang available at gaano karami ang na-asimilasyon ng mga halaman, paano ito sinusukat?
- Aling mga uri ng ecosystem ang pinakaproduktibo at gumagawa ng pinakapangunahing produksyon?
- Anong mga salik ang naglilimita sa pangunahing produksyon sa lokal at sa buong mundo?
- Ano ang kahusayan sa pagpapalit ng enerhiya ng mga halaman?
- Ano ang mga pagkakaiba sa pagitan ng kahusayanasimilasyon, mas malinis na produksyon at kahusayan sa kapaligiran?
- Paano nagkakaiba ang mga ecosystem sa dami ng biomass o dami ng mga autotrophic na organismo?
- Gaano karaming enerhiya ang magagamit ng mga tao at gaano karami ang ginagamit natin?
Susubukan naming sagutin ang mga ito kahit man lang sa loob ng balangkas ng artikulong ito. Una, harapin natin ang mga pangunahing konsepto. Kaya, ang pagiging produktibo ng isang ecosystem ay ang proseso ng akumulasyon ng mga organikong bagay sa isang tiyak na dami. Anong mga organismo ang may pananagutan sa gawaing ito?
Autotrophs at heterotrophs
Alam natin na ang ilang mga organismo ay may kakayahang mag-synthesize ng mga organikong molekula mula sa mga inorganic na precursor. Tinatawag silang mga autotroph, na nangangahulugang "pagpapakain sa sarili". Sa totoo lang, ang pagiging produktibo ng mga ecosystem ay nakasalalay sa kanilang mga aktibidad. Ang mga autotroph ay tinutukoy din bilang pangunahing mga producer. Ang mga organismo na may kakayahang gumawa ng mga kumplikadong organikong molekula mula sa mga simpleng inorganic na sangkap (tubig, CO2) ay kadalasang kabilang sa klase ng mga halaman, ngunit ang ilang bakterya ay may parehong kakayahan. Ang proseso kung saan sila nag-synthesize ng mga organic ay tinatawag na photochemical synthesis. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang photosynthesis ay nangangailangan ng sikat ng araw.
Dapat din nating banggitin ang pathway na kilala bilang chemosynthesis. Ang ilang mga autotroph, pangunahin ang mga dalubhasang bakterya, ay maaaring mag-convert ng mga inorganic na sustansya sa mga organikong compound nang walang access sa sikat ng araw. Mayroong ilang mga grupo ng chemosyntheticbacteria sa dagat at sariwang tubig, at karaniwan ang mga ito sa mga kapaligirang may mataas na nilalaman ng hydrogen sulfide o sulfur. Tulad ng mga halaman na nagdadala ng chlorophyll at iba pang mga organismo na may kakayahang photochemical synthesis, ang mga chemosynthetic na organismo ay mga autotroph. Gayunpaman, ang pagiging produktibo ng ecosystem ay sa halip ang aktibidad ng mga halaman, dahil siya ang may pananagutan sa akumulasyon ng higit sa 90% ng mga organikong bagay. Ang Chemosynthesis ay gumaganap ng isang hindi katimbang na mas maliit na papel dito.
Samantala, maraming mga organismo ang nakakakuha lamang ng enerhiya na kailangan nila sa pamamagitan ng pagkain ng ibang mga organismo. Ang mga ito ay tinatawag na heterotrophs. Sa prinsipyo, kasama dito ang lahat ng parehong halaman (kumakain din sila ng mga yari na organikong bagay), mga hayop, mikrobyo, fungi at mikroorganismo. Ang mga heterotroph ay tinatawag ding "mga mamimili".
Ang tungkulin ng mga halaman
Bilang panuntunan, ang salitang "produktibidad" sa kasong ito ay tumutukoy sa kakayahan ng mga halaman na mag-imbak ng isang tiyak na dami ng organikong bagay. At hindi ito nakakagulat, dahil ang mga organismo lamang ng halaman ang maaaring mag-convert ng mga di-organikong sangkap sa mga organiko. Kung wala sila, ang buhay mismo sa ating planeta ay magiging imposible, at samakatuwid ang pagiging produktibo ng ecosystem ay isinasaalang-alang mula sa posisyon na ito. Sa pangkalahatan, napakasimple ng tanong: kaya gaano karaming organikong bagay ang maiimbak ng mga halaman?
Aling mga biocenoses ang pinakaproduktibo?
Kakatwa, ngunit ang mga biocenoses na gawa ng tao ay malayo sa pagiging pinakaproduktibo. Mga gubat, latian, selva ng malalaking tropikal na ilog sa bagay na itoay malayo sa unahan. Bilang karagdagan, ito ay ang mga biocenoses na neutralisahin ang isang malaking halaga ng mga nakakalason na sangkap, na, muli, ay pumapasok sa kalikasan bilang isang resulta ng aktibidad ng tao, at gumagawa din ng higit sa 70% ng oxygen na nilalaman sa kapaligiran ng ating planeta. Sa pamamagitan ng paraan, maraming mga aklat-aralin pa rin ang nagsasabi na ang mga karagatan ng Earth ay ang pinaka-produktibong "breadbasket". Kakatwa, ngunit ang pahayag na ito ay napakalayo sa katotohanan.
Ocean Paradox
Alam mo ba kung ano ang inihahambing sa biological productivity ng mga ecosystem ng mga dagat at karagatan? Sa mga semi-disyerto! Ang malalaking volume ng biomass ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ito ay mga kalawakan ng tubig na sumasakop sa karamihan ng ibabaw ng planeta. Kaya't ang paulit-ulit na hinulaang paggamit ng mga dagat bilang pangunahing pinagmumulan ng mga sustansya para sa lahat ng sangkatauhan sa mga darating na taon ay halos hindi posible, dahil ang pagiging posible sa ekonomiya nito ay napakababa. Gayunpaman, ang mababang produktibidad ng ganitong uri ng ecosystem ay hindi nakakabawas sa kahalagahan ng mga karagatan para sa buhay ng lahat ng nabubuhay na bagay, kaya kailangan nilang protektahan nang maingat hangga't maaari.
Sinasabi ng mga modernong environmentalist na ang mga posibilidad ng lupang pang-agrikultura ay malayong maubos, at sa hinaharap ay makakakuha tayo ng mas masaganang ani mula sa kanila. Ang partikular na pag-asa ay inilalagay sa mga palayan, na maaaring makagawa ng malaking halaga ng mahalagang organikong bagay dahil sa kanilang mga natatanging katangian.
Basic na impormasyon tungkol sa pagiging produktibo ng mga biological system
Kabuuang produktibidad ng ecosystemay tinutukoy ng rate ng photosynthesis at akumulasyon ng mga organikong sangkap sa isang partikular na biocenosis. Ang masa ng organikong bagay na nalikha bawat yunit ng oras ay tinatawag na pangunahing produksyon. Maaari itong ipahayag sa dalawang paraan: alinman sa Joules, o sa tuyong masa ng mga halaman. Ang kabuuang produksyon ay ang dami nito na nilikha ng mga organismo ng halaman sa isang tiyak na yunit ng oras, sa pare-parehong bilis ng proseso ng photosynthesis. Dapat alalahanin na ang bahagi ng sangkap na ito ay pupunta sa mahahalagang aktibidad ng mga halaman mismo. Ang natitirang organikong bagay ay ang netong pangunahing produktibidad ng ecosystem. Siya ang pumupunta para magpakain ng mga heterotroph, na kinabibilangan mo at ako.
Mayroon bang "itaas na limitasyon" sa pangunahing produksyon?
Sa madaling salita, oo. Tingnan natin kung gaano kahusay ang proseso ng photosynthesis sa prinsipyo. Alalahanin na ang intensity ng solar radiation na umaabot sa ibabaw ng mundo ay lubos na nakadepende sa lokasyon: ang pinakamataas na pagbalik ng enerhiya ay katangian ng mga equatorial zone. Mabilis itong bumababa habang papalapit sa mga poste. Humigit-kumulang kalahati ng solar energy ay sinasalamin ng yelo, niyebe, karagatan o disyerto, at hinihigop ng mga gas sa atmospera. Halimbawa, ang ozone layer ng atmospera ay sumisipsip ng halos lahat ng ultraviolet radiation! Kalahati lamang ng liwanag na tumatama sa mga dahon ng halaman ang ginagamit sa reaksyon ng photosynthesis. Kaya ang biological productivity ng mga ecosystem ay resulta ng pag-convert ng hindi gaanong mahalagang bahagi ng enerhiya ng araw!
Ano ang pangalawang produksyon?
Ayon, ang mga pangalawang produkto ay tinatawagang paglaki ng mga mamimili (iyon ay, mga mamimili) para sa isang tiyak na tagal ng panahon. Siyempre, ang pagiging produktibo ng ecosystem ay nakasalalay sa kanila sa isang mas maliit na lawak, ngunit ang biomass na ito ang gumaganap ng pinakamahalagang papel sa buhay ng tao. Dapat tandaan na ang pangalawang organiko ay hiwalay na kinakalkula sa bawat antas ng tropiko. Kaya, ang mga uri ng produktibidad ng ecosystem ay nahahati sa dalawang uri: pangunahin at pangalawa.
Ratio ng pangunahin at pangalawang produksyon
Sa maaari mong hulaan, ang ratio ng biomass sa kabuuang masa ng halaman ay medyo mababa. Kahit na sa gubat at mga latian, ang bilang na ito ay bihirang lumampas sa 6.5%. Kung mas maraming mala-damo na halaman sa komunidad, mas mataas ang rate ng akumulasyon ng organikong bagay at mas malaki ang pagkakaiba.
Tungkol sa bilis at dami ng pagbuo ng mga organikong sangkap
Sa pangkalahatan, ang paglilimita sa rate ng pagbuo ng organikong bagay ng pangunahing pinagmulan ay ganap na nakasalalay sa estado ng photosynthetic apparatus ng mga halaman (PAR). Ang pinakamataas na halaga ng kahusayan ng photosynthesis, na nakamit sa mga kondisyon ng laboratoryo, ay 12% ng halaga ng PAR. Sa ilalim ng mga natural na kondisyon, ang halaga ng 5% ay itinuturing na napakataas at halos hindi nangyayari. Ito ay pinaniniwalaan na sa Earth ang asimilasyon ng sikat ng araw ay hindi lalampas sa 0.1%.
Pangunahing pamamahagi ng produksyon
Dapat tandaan na ang pagiging produktibo ng natural na ecosystem ay lubhang hindi pantay sa buong planeta. Ang kabuuang masa ng lahat ng organikong bagay na nabuo taun-taon saibabaw ng Earth, ay humigit-kumulang 150-200 bilyong tonelada. Tandaan ang sinabi natin tungkol sa pagiging produktibo ng mga karagatan sa itaas? Kaya, 2/3 ng sangkap na ito ay nabuo sa lupa! Isipin na lang: napakalaki, hindi kapani-paniwalang dami ng hydrosphere na bumubuo ng tatlong beses na mas kaunting organikong bagay kaysa sa isang maliit na bahagi ng lupa, na ang malaking bahagi nito ay mga disyerto!
Higit sa 90% ng naipong organikong bagay sa isang anyo o iba pa ay ginagamit bilang pagkain para sa mga heterotrophic na organismo. Isang maliit na bahagi lamang ng solar energy ang nakaimbak sa anyo ng humus sa lupa (pati na rin ang langis at karbon, na nabubuo hanggang ngayon). Sa teritoryo ng ating bansa, ang pagtaas ng pangunahing biological na produksyon ay nag-iiba mula sa 20 centners bawat ektarya (malapit sa Arctic Ocean) hanggang sa higit sa 200 centners bawat ektarya sa Caucasus. Sa mga lugar ng disyerto, ang halagang ito ay hindi lalampas sa 20 c/ha.
Sa prinsipyo, sa limang mainit na kontinente ng ating mundo, ang intensity ng produksyon ay halos pareho, halos: sa South America, ang mga halaman ay nag-iipon ng isa at kalahating beses na mas tuyong bagay, dahil sa mahusay na klimatiko na kondisyon. Doon, ang pagiging produktibo ng natural at artipisyal na ecosystem ay maximum.
Ano ang nagpapakain sa mga tao?
Humigit-kumulang 1.4 bilyong ektarya sa ibabaw ng ating planeta ay mga taniman ng mga nakatanim na halaman na nagbibigay sa atin ng pagkain. Ito ay humigit-kumulang 10% ng lahat ng ecosystem sa planeta. Kakatwa, ngunit kalahati lamang ng mga resultang produkto ang direktang napupunta sa pagkain ng tao. Ang lahat ng iba pa ay ginagamit bilang pagkain ng alagang hayop at napupunta saang mga pangangailangan ng industriyal na produksyon (hindi nauugnay sa produksyon ng mga produktong pagkain). Ang mga siyentipiko ay nagpapatunog ng alarma sa mahabang panahon: ang pagiging produktibo at biomass ng mga ecosystem ng ating planeta ay maaaring magbigay ng hindi hihigit sa 50% ng mga pangangailangan ng sangkatauhan para sa protina. Sa madaling salita, kalahati ng populasyon ng mundo ay nabubuhay sa mga kondisyon ng matagal na pagkagutom sa protina.
Biocenoses-record holder
Tulad ng nasabi na natin, ang mga ekwador na kagubatan ay nailalarawan sa pinakamataas na produktibidad. Isipin lamang ito: higit sa 500 tonelada ng tuyong bagay ang maaaring mahulog sa isang ektarya ng naturang biocenosis! At ito ay malayo sa limitasyon. Sa Brazil, halimbawa, ang isang ektarya ng kagubatan ay gumagawa ng mula 1200 hanggang 1500 tonelada (!) ng organikong bagay kada taon! Isipin lamang: mayroong hanggang dalawang sentimo ng organikong bagay bawat metro kuwadrado! Sa tundra sa parehong lugar, hindi hihigit sa 12 tonelada ang nabuo, at sa mga kagubatan ng gitnang sinturon - sa loob ng 400 tonelada. Ang mga negosyong pang-agrikultura sa mga bahaging iyon ay aktibong ginagamit ito: ang pagiging produktibo ng isang artipisyal na ekosistema sa anyo ng isang asukal cane field, na maaaring makaipon ng hanggang 80 tonelada ng dry matter kada ektarya, wala saanman ang pisikal na makakapagbunga ng ganoong mga ani. Gayunpaman, ang mga baybayin ng Orinoco at Mississippi, gayundin ang ilang lugar ng Chad, ay kaunti lamang ang pagkakaiba sa kanila. Dito, sa loob ng isang taon, ang mga ecosystem ay “nagbibigay” ng hanggang 300 toneladang substance kada ektarya ng lugar!
Resulta
Kaya, ang pagsusuri ng pagiging produktibo ay dapat isagawa batay sa pangunahing sangkap. Ang katotohanan ay ang pangalawang produksyon ay hindi hihigit sa 10% ng halagang ito, ang halaga nito ay lubos na nagbabago, at samakatuwid ay isang detalyadong pagsusuriimposible lang ang indicator na ito.
