Svake godine ljudi sve više iscrpljuju resurse planete. Nije iznenađujuće da je u posljednje vrijeme procjena koliko resursa može pružiti određena biocenoza postala od velike važnosti. Danas je produktivnost ekosistema od presudne važnosti pri izboru načina upravljanja, jer ekonomska izvodljivost posla direktno zavisi od količine proizvodnje koja se može dobiti.
Evo glavnih pitanja sa kojima se naučnici danas suočavaju:
- Koliko je solarne energije dostupno i koliko biljke asimiliraju, kako se to mjeri?
- Koje vrste ekosistema su najproduktivnije i proizvode najprimarniju proizvodnju?
- Koji faktori ograničavaju primarnu proizvodnju lokalno i globalno?
- Koja je efikasnost s kojom postrojenja pretvaraju energiju?
- Koje su razlike između efikasnostiasimilacija, čistija proizvodnja i ekološka efikasnost?
- Kako se ekosistemi razlikuju u količini biomase ili zapremini autotrofnih organizama?
- Koliko je energije dostupno ljudima i koliko koristimo?
Pokušat ćemo barem djelimično odgovoriti na njih u okviru ovog članka. Prvo, hajde da se pozabavimo osnovnim konceptima. Dakle, produktivnost ekosistema je proces akumulacije organske materije u određenoj količini. Koji su organizmi odgovorni za ovaj rad?
Autotrofi i heterotrofi
Znamo da su neki organizmi sposobni sintetizirati organske molekule iz neorganskih prekursora. Zovu se autotrofi, što znači "samohrane". Zapravo, produktivnost ekosistema zavisi od njihovih aktivnosti. Autotrofi se također nazivaju primarnim proizvođačima. Organizmi koji su u stanju proizvesti složene organske molekule iz jednostavnih neorganskih supstanci (voda, CO2) najčešće pripadaju klasi biljaka, ali istu sposobnost imaju i neke bakterije. Proces kojim oni sintetiziraju organske tvari naziva se fotohemijska sinteza. Kao što ime govori, fotosinteza zahtijeva sunčevu svjetlost.
Trebalo bi spomenuti i put poznat kao hemosinteza. Neki autotrofi, uglavnom specijalizirane bakterije, mogu pretvoriti anorganske hranjive tvari u organska jedinjenja bez pristupa sunčevoj svjetlosti. Postoji nekoliko grupa hemosintetikabakterije u morskoj i slatkoj vodi, a posebno su česte u sredinama s visokim sadržajem sumporovodika ili sumpora. Poput biljaka koje nose hlorofil i drugih organizama sposobnih za fotohemijsku sintezu, hemosintetski organizmi su autotrofi. Međutim, produktivnost ekosistema je prije aktivnost vegetacije, jer je ona odgovorna za akumulaciju više od 90% organske tvari. Hemosinteza igra nesrazmjerno manju ulogu u tome.
U međuvremenu, mnogi organizmi mogu dobiti energiju koja im je potrebna samo jedući druge organizme. Zovu se heterotrofi. U principu, to uključuje sve iste biljke (one također „jedu“gotove organske tvari), životinje, mikrobe, gljive i mikroorganizme. Heterotrofi se takođe nazivaju "potrošači".
Uloga biljaka
U pravilu, riječ "produktivnost" se u ovom slučaju odnosi na sposobnost biljaka da pohrane određenu količinu organske tvari. I to nije iznenađujuće, jer samo biljni organizmi mogu pretvoriti neorganske tvari u organske. Bez njih bi sam život na našoj planeti bio nemoguć, pa se s ove pozicije razmatra i produktivnost ekosistema. Općenito, pitanje je krajnje jednostavno: pa koliko organske tvari biljke mogu pohraniti?
Koje biocenoze su najproduktivnije?
Čudno, ali biocenoze koje je napravio čovjek daleko su od toga da budu najproduktivnije. Džungle, močvare, selva velikih tropskih rijeka u tom pogledusu daleko ispred. Osim toga, ove biocenoze neutraliziraju ogromnu količinu toksičnih tvari, koje opet ulaze u prirodu kao rezultat ljudske aktivnosti, a također proizvode više od 70% kisika sadržanog u atmosferi naše planete. Inače, u mnogim udžbenicima se i dalje navodi da su Zemljini okeani najproduktivniji "korpa za život". Čudno, ali ova izjava je veoma daleko od istine.
Ocean Paradox
Znate li s čime se poredi biološka produktivnost ekosistema mora i okeana? Sa polupustinjama! Velike količine biomase objašnjavaju se činjenicom da vodena prostranstva zauzimaju većinu površine planete. Tako da je višestruko predviđana upotreba mora kao glavnog izvora nutrijenata za čitavo čovječanstvo u narednim godinama teško moguća, budući da je ekonomska izvodljivost toga izuzetno niska. Međutim, niska produktivnost ove vrste ekosistema ni na koji način ne umanjuje važnost okeana za život svih živih bića, pa ih treba što pažljivije zaštititi.
Savremeni ekolozi kažu da su mogućnosti poljoprivrednog zemljišta daleko od toga da su iscrpljene i da ćemo u budućnosti od njih moći da dobijemo obilnije žetve. Posebne nade polažu se na polja riže, koja mogu proizvesti ogromnu količinu vrijedne organske tvari zbog svojih jedinstvenih karakteristika.
Osnovne informacije o produktivnosti bioloških sistema
Ukupna produktivnost ekosistemaodređuje se brzinom fotosinteze i akumulacije organskih tvari u određenoj biocenozi. Masa organske materije koja se stvara u jedinici vremena naziva se primarna proizvodnja. Može se izraziti na dva načina: ili u džulima, ili u suvoj masi biljaka. Bruto proizvodnja je njen volumen stvoren od strane biljnih organizama u određenoj jedinici vremena, uz konstantnu stopu procesa fotosinteze. Treba imati na umu da će dio ove tvari ići na vitalnu aktivnost samih biljaka. Preostala organska materija je neto primarna produktivnost ekosistema. Ona je ta koja ide hraniti heterotrofe, među kojima smo ti i ja.
Postoji li "gornja granica" primarne proizvodnje?
Ukratko, da. Pogledajmo na brzinu koliko je u principu efikasan proces fotosinteze. Podsjetimo da intenzitet sunčevog zračenja koje dopire do zemljine površine u velikoj mjeri ovisi o lokaciji: maksimalni povrat energije karakterističan je za ekvatorijalne zone. Eksponencijalno se smanjuje kako se približava polovima. Otprilike polovina sunčeve energije reflektuje se od leda, snijega, oceana ili pustinja, a apsorbira je plinovi u atmosferi. Na primjer, ozonski omotač atmosfere apsorbira gotovo sve ultraljubičasto zračenje! Samo polovina svjetlosti koja pada na listove biljaka koristi se u reakciji fotosinteze. Dakle, biološka produktivnost ekosistema je rezultat pretvaranja beznačajnog dijela sunčeve energije!
Šta je sekundarna proizvodnja?
Prema tome se nazivaju sekundarni proizvodirast potrošača (tj. potrošača) u određenom vremenskom periodu. Naravno, produktivnost ekosistema ovisi o njima u mnogo manjoj mjeri, ali upravo ta biomasa igra najvažniju ulogu u ljudskom životu. Treba napomenuti da se sekundarni organski sastojci posebno izračunavaju na svakom trofičkom nivou. Dakle, tipovi produktivnosti ekosistema su podijeljeni u dva tipa: primarni i sekundarni.
Odnos primarne i sekundarne proizvodnje
Kao što možete pretpostaviti, omjer biomase i ukupne biljne mase je relativno nizak. Čak iu džungli i močvarama ova brojka rijetko prelazi 6,5%. Što je više zeljastih biljaka u zajednici, to je veća stopa akumulacije organske materije i veća je razlika.
O brzini i zapremini formiranja organskih supstanci
Općenito, granična brzina formiranja organske tvari primarnog porijekla u potpunosti zavisi od stanja fotosintetskog aparata biljaka (PAR). Maksimalna vrijednost efikasnosti fotosinteze, koja je postignuta u laboratorijskim uslovima, iznosi 12% PAR vrijednosti. U prirodnim uslovima, vrijednost od 5% se smatra izuzetno visokom i praktično se ne javlja. Vjeruje se da na Zemlji asimilacija sunčeve svjetlosti ne prelazi 0,1%.
Primarna proizvodna distribucija
Treba napomenuti da je produktivnost prirodnog ekosistema izuzetno neujednačena širom planete. Ukupna masa svih organskih materija koja se formira godišnje napovršine Zemlje, iznosi oko 150-200 milijardi tona. Sjećate se što smo rekli o produktivnosti okeana gore? Dakle, 2/3 ove supstance se formira na kopnu! Zamislite samo: gigantske, nevjerovatne količine hidrosfere formiraju tri puta manje organske tvari od malenog dijela kopna, čiji su veliki dio pustinje!
Više od 90% akumulirane organske materije u ovom ili onom obliku koristi se kao hrana za heterotrofne organizme. Samo mali dio sunčeve energije pohranjuje se u obliku humusa tla (kao i nafte i uglja, koji se formiraju i danas). Na teritoriji naše zemlje porast primarne biološke proizvodnje varira od 20 centi po hektaru (blizu Arktičkog okeana) do više od 200 centi po hektaru na Kavkazu. U pustinjskim područjima ova vrijednost ne prelazi 20 c/ha.
U principu, na pet toplih kontinenata našeg svijeta, intenzitet proizvodnje je praktično isti, gotovo: u Južnoj Americi vegetacija akumulira jedan i po puta više suhe tvari, zbog odličnih klimatskih uslova. Tamo je produktivnost prirodnih i vještačkih ekosistema maksimalna.
Šta hrani ljude?
Otprilike 1,4 milijarde hektara na površini naše planete su plantaže kultiviranih biljaka koje nam daju hranu. Ovo je otprilike 10% svih ekosistema na planeti. Čudno, ali samo polovina rezultirajućih proizvoda ide direktno u ljudsku hranu. Sve ostalo se koristi kao hrana za kućne ljubimce i ide zapotrebe industrijske proizvodnje (koje nisu vezane za proizvodnju prehrambenih proizvoda). Naučnici već duže vrijeme zvone na uzbunu: produktivnost i biomasa ekosistema naše planete ne mogu obezbijediti više od 50% potreba čovječanstva za proteinima. Jednostavno, polovina svetske populacije živi u uslovima hronične proteinske gladi.
Biocenoze-rekorderi
Kao što smo već rekli, ekvatorijalne šume karakteriše najveća produktivnost. Razmislite samo o tome: više od 500 tona suhe tvari može pasti na jedan hektar takve biocenoze! A ovo je daleko od granice. U Brazilu, na primjer, jedan hektar šume proizvodi od 1200 do 1500 tona (!) organske tvari godišnje! Zamislite samo: ima do dva centnera organske materije po kvadratnom metru! U tundri na istoj površini ne formira se više od 12 tona, au šumama srednjeg pojasa - unutar 400 tona. Poljoprivredna preduzeća u tim krajevima aktivno koriste ovo: produktivnost vještačkog ekosistema u obliku šećera polja trske, koja može akumulirati do 80 tona suhe tvari po hektaru, nigdje drugdje fizički ne može proizvesti takve prinose. Međutim, zaljevi Orinoco i Mississippi, kao i neka područja Čada, malo se razlikuju od njih. Ovdje ekosistemi za godinu dana “odaju” i do 300 tona tvari po hektaru površine!
Rezultati
Dakle, evaluaciju produktivnosti treba izvršiti na osnovu primarne supstance. Činjenica je da sekundarna proizvodnja nije više od 10% ove vrijednosti, njena vrijednost jako varira, pa je stoga detaljna analizaovaj indikator je jednostavno nemoguć.
