Продуктивность экосистем

 

Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накапливается в виде органических соединений. Безостановочное производство биомассы (живой материи) — один из фундаментальных процессов биосферы. Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называют первичной продукцией экосистемы (сообщества). Количественно ее выражают в сырой или сухой массе растений или в энергетических единицах —эквивалентном числе ккалорий или джоулей. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а следовательно, и биомасса живых организмов, которые могут существовать в экосистеме (рис. 12.33).

 

Теоретически возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений. А как известно, лишь часть энергии света, получаемой зеленой поверхностью, может быть использована растениями. Из коротковолнового излучения Солнца только 44\% относится к фотосинтетически активной радиации (ФАР) — свет по длине волны, пригодный для фотосинтеза.

 

Скорость накопления органического вещества за вычетом этого расхода называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называется вторичной продукцией. 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, в конечном итоге живут за счет чистой первичной продукции сообщества. Полнота ее расхода в разных экосистемах различна. Постеленное увеличение общей биомассы продуцентов отмечается, если скорость изъятия первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений.

Мировое распределение первичной биологической продукции весьма неравномерно. Чистая продукция меняется от 3000 г/м2/год до нуля в экстрааридных пустынях, лишенных растений, или в условиях Антарктиды с ее вечными льдами на поверхности суши, а запас биомассы — соответственно от 60 кг/м2 до нуля. Р. Уиттекер (1980) делит по продуктивности все сообщества на четыре класса.

1. Сообщества высшей продуктивности, 3000—2000 г/м2/год. Сюда относятся тропические леса, посевы риса и сахарного тростника. Запас биомассы в этом классе продуктивности весьма различен и превышает 50 кг/м2 в лесных сообществах и равен продуктивности у однолетних сельскохозяйственных культур.

2. Сообщества высокой продуктивности, 2000—1000 г/м2/год. В этот класс включены листопадные леса умеренной полосы, луга при применении удобрений, посевы кукурузы. Максимальная биомасса приближается к биомассе первого класса. Минимальная биомасса соответственно равна чистой биологической продукции однолетних культур.

3. Сообщества умеренной продуктивности, 1000—250 г/м2/год. К этому классу относится основная масса возделываемых сельскохозяйственных культур, кустарники, степи. Биомасса степей меняется в пределах 0,2—5 кг/м2.

4. Сообщества низкой продуктивности, ниже 250 г/м^год — пустыни, полупустыни (в отечественной литературе их называют чаще опустыненными степями), тундры.

 

Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150—200 млрд т. Две трети его образуется на суше, третья часть — в океане.

Практически вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержки жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, гумусе почв и органических осадках водоемов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10 % площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16\% всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.

Половина урожая идет непосредственно на питание людей, остальное — на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отходах. Всего человек потребляет около 0,2\% первичной продукции Земли. Ресурсы, имеющиеся на Земле, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно только 50\% потребностей современного населения Земли.

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

 

 

Изменения в экосистемах – 2 типа:

 

1. Циклические – отражают суточную, сезонную, многолетнюю периодичность (смена времени года, суток, и т. д.);

 

2. Поступательные – приводят к смене одного биоценоза другим, господствующим. Чаще всего данные изменения носят отрицательный характер (пример: постепенное загрязнение водоемов в результате мелиорации, что ведет к изменениям почвы – водоем высыхает и происходит смена биоценоза).

 

Последовательная смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией – неполным экологическим круговоротом в биоценозе.

 

Продуктивность экосистемы тесно связана с потоком энергии, проходящим через нее. Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза, называется первичной продукцией экосистем. Она выражается в калориях.

 

Калория – масса органического вещества, создаваемая продуцентами в единицу времени на единицу площади. Чем больше первичной продукции, тем продуктивнее экосистема.

 

 

ЛК ПО ЭКОЛОГИИ, 9 ноября 2012 г., пятница.

 

В доисторическое время человек являлся частью биосферы. Его взаимодействие происходило через нее. Постепенно происходило выделение человека из природной среды и становление особой системы – социума. Для этой системы характерно наличие общественных формаций, образование общества, общественных отношений, общественного регулирования и хозяйственной деятельности.

 

В настоящее время человек занимает двойственное положение.

С одной стороны, человек является биологическим объектом и участвует в круговороте веществ; с другой стороны, человек формирует социальную систему, в которой есть свои культурные, бытовые, технические и другие а. То есть в жизнедеятельность человека по мере развития входит теория Вернадского.

 

Она заключается в том, что по мере развития человечества в определенное время должна наступить эпоха человеческого разума, то есть человек, руководствуясь знаниями, должен преобразовать биосферу с разумной точки зрения. По Вернадскому человек – это один из видов животного царства со сложной социальной организацией и трудовой деятельностью. Человек не может существовать в естественных условиях, как было раньше, поэтому он взаимодействует с окружающей средой и воздействует на нее.

 

Поэтому человек зависит от множества факт: например, на жизнедеятельность человека влияют холод, жара, засуха, суховей; на наследственность человека влияют миграции, мутации, естественный отбор. Рост популяции человека ограничен природными ресурсами, а также социально-экономическими и генетическими процессами.

 

Главная задача человечества – принять принцип экологического империтива, который означает, что выживание человека возможно только в том случае, если сохраняется жизнь на Земле.

 

Жизнь человека тесно связана с его здоровьем. Здоровье – это не только отсутствие болезней, а состояние полного физического, психологического и социального благополучия. Здоровье зависит от устойчивости энергопотенциала: чем больше мощность и емкость реализуемого энергопотенциала, а также эффективность его расходования, тем выше уровень здоровья.

 

Окружающая среда человека состоит из двух систем: природной и техногенной.

Она для человека – это комплекс условий, которые влияют на жизнедеятельность человека. Природная среда человека – это атмосфера, гидросфера, литосфера. Техногенная среда – здания, сооружения, заводы, фабрики, города, транспортные, строительные системы, и т. д.

 

Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма необходимо удовлетворение потребностей, извлекаемое из окружающей среды. Все потребности человека удовлетворяются природными ресурсами.

 

Природные ресурсы – объекты и явления, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание своего существования, но и постепенное улучшение качества жизни. К природным объектам и явлениями относят тела и явления, используемые человеком как ресурсы.

 

Все природные ресурсы делятся по источникам происхождения на:

 

1. Биологические – все живые средообразующие компоненты биосферы (продуценты, редуценты, косументы).

2. Минеральные – все пригодные для употребления естественные составляющие литосферы, которые используются в хозяйстве как минеральное сырье или источник энергии.

3. Энергетические – совокупность энергии солнца и космоса (атомные энергоресурсы и т. п.).

 

По использованию природные ресурсы делят на:

 

1. Земельный фонд – все земли в пределах страны и мира (всего составляет 13, 4 млрд. гектар). З. ф. делится на категории:

А) сельскохозяйственного значения,

Б) земли населенных пунктов,

В) земли промышленности,

Г) земли транспорта,

Д) горные земли.

 

2. Лесной фонд – часть земельного фонда, на которой произрастает или может произрастать лес.

 

3. Водные ресурсы – количество подземных и поверхностных вод.

 

4. Полезные ископаемые – природное скопление минералов в земной коре.

 

Природные ресурсы делятся по исчерпаемости:

 

1. Неисчерпаемые – солнечная энергия (и вызванные ею природные силы),

2. Исчерпаемые.

Основным фактором, лимитирующим использование природные ресурсов человеком, является их ограниченность и исчерпаемость.