Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Биологическая экология. Теория и практика

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 калорий или джоулей. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а следовательно, и биомасса живых организмов, которые могут существовать в экосистеме (рис. 15.50).

Теоретически возможная скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинте- тического 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. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10-12% энергии ФАР, что составляет около половины от теоретически возможного, отмечается 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% из-за ограничения фотосинтетической активности растений множеством факторов, таких, как недостаток тепла и влаги, неблагоприятные физические и химические свойства почвы и т. д. Средний коэффициент использования энергии ФАР для территории России равен 0,8%, на европейской части страны составляет 1,0-1,2%, а в восточных районах, где условия увлажнения менее благоприятны, не превышает 0,4-0,8%. Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называют

— Первичная продукция больших подразделений биосферы (из Ф. Рамада, 1981)

Рисунок 15.50 — Первичная продукция больших подразделений биосферы (из Ф. Рамада, 1981)

Примечание: интенсивность продукции пропорциональна густоте штриховки

валовой первичной продуктивностью (ВПП). Около 20% этой энергии расходуется растениями на дыхание и фотодыхание. 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. Гете- ротрофы, включаясь в трофические цепи, в конечном итоге живут за счет чистой первичной продукции сообщества. Полнота ее расхода в разных экосистемах различна. Постепенное 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 относятся посевы основной массы возделываемых сельскохозяйственных культур, степи. Биомасса степей меняется в пределах 0,2-5 кг/м2.
  • 4. Сообщества низкой продуктивности, ниже 250 г/м2/год — пустыни, полупустыни (в отечественной литературе их называют чаще опустыненными степями), тундры.

Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем представлена в таблице 15.8 и рисунке 15.51.

На территории России в зонах достаточного увлажнения первичная продуктивность увеличивается с севера на юг, с увеличением притока тепла и продолжительности вегетационного периода (сезона). Годовой прирост растительности изменяется от 20 ц/га на побережье и островах Северного Ледовитого океана до более чем 200 ц/га в Краснодарском крае, на Черноморском побережье Кавказа (рис. 15.52).

Таблица 15.8 — Биомасса и первичная продуктивность основных типов экосистем (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994)

Экосистемы

Биомасса, т/га

Продукция, т/га год

Пустыни

0,1—0,5

0,1—0,5

Центральные зоны океана

0,2—1,5

0,5—2,5

Полярные моря

1—7

3—6

Тундра

1—8

1—4

Степи

5—12

3—8

Агроценозы

3—10

Саванна

8—20

4—15

Тайга

70—150

5—10

Лиственный лес

100—250

10—30

Влажный тропический лес

500—1500

25—60

Коралловый риф

15—50

50—120

— Первичная продукция различных экосистем

Рисунок 15.51 — Первичная продукция различных экосистем

Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150-200 млрд. тонн. Две трети его образуется на суше, третья часть — в океане (рис. 15.53).

Практически вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержки жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, гумусе

— Запасы фитомассы (А) основных экосистем европейской территории России и соотношение (в %) частей фитомассы (Б)

Рисунок 15.52 — Запасы фитомассы (А) основных экосистем европейской территории России и соотношение (в %) частей фитомассы (Б):

1зеленые части растений, 2надземные многолетние одревесневшие части, 3подземные части

почв и органических осадках водоемов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10% площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16% от 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 Зем-

— Суммарная биомасса (1) и продукция (2) органического вещества (округленно) в Мировом океане за год в миллиардах тонн (сырая масса), по Н. Ф. Реймерсу, 1990

Рисунок 15.53 — Суммарная биомасса (1) и продукция (2) органического вещества (округленно) в Мировом океане за год в миллиардах тонн (сырая масса), по Н. Ф. Реймерсу, 1990

ле, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно только 50% потребностей современного населения Земли.

За успехами в мировом производстве продовольствия скрывается тот факт, что с 1950 по 1988 гг. среднедушевое производство продовольствия сократилось в 43 развивающихся странах (из них 22 африканские страны), где проживает каждый седьмой житель планеты. Самый большой спад наблюдается в Африке. Здесь в период между 1960 и 1988 гг. среднее производство продовольствия в перерасчете на душу населения упало на 21%. Предполагается, что в ближайшие 25 лет оно сократится еще на 30%. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день.

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

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы