Ogni anno, le persone stanno esaurendo sempre di più le risorse del pianeta. Non sorprende che recentemente sia diventata di grande importanza la valutazione di quante risorse può fornire una particolare biocenosi. Oggi la produttività dell'ecosistema è di importanza decisiva nella scelta di una modalità di gestione, poiché la fattibilità economica dell'opera dipende direttamente dalla quantità di produzione che si può ottenere.
Ecco le principali domande che gli scienziati devono affrontare oggi:
- Quanta energia solare è disponibile e quanta viene assimilata dalle piante, come si misura?
- Quali tipi di ecosistemi sono i più produttivi e producono la produzione più primaria?
- Quali fattori limitano la produzione primaria a livello locale e globale?
- Qual è l'efficienza con cui gli impianti convertono l'energia?
- Quali sono le differenze tra l'efficienzaassimilazione, produzione più pulita ed efficienza ambientale?
- In che modo gli ecosistemi differiscono per la quantità di biomassa o il volume degli organismi autotrofi?
- Quanta energia è disponibile per le persone e quanta ne usiamo?
Cercheremo di rispondere almeno in parte nell'ambito di questo articolo. Per prima cosa, affrontiamo i concetti di base. Quindi, la produttività di un ecosistema è il processo di accumulo di materia organica in un certo volume. Quali organismi sono responsabili di questo lavoro?
Autotrofi ed eterotrofi
Sappiamo che alcuni organismi sono in grado di sintetizzare molecole organiche da precursori inorganici. Sono chiamati autotrofi, che significa "autoalimentarsi". In re altà, la produttività degli ecosistemi dipende dalle loro attività. Gli autotrofi sono anche indicati come produttori primari. Gli organismi che sono in grado di produrre molecole organiche complesse da semplici sostanze inorganiche (acqua, CO2) appartengono il più delle volte alla classe delle piante, ma alcuni batteri hanno la stessa capacità. Il processo mediante il quale sintetizzano le sostanze organiche è chiamato sintesi fotochimica. Come suggerisce il nome, la fotosintesi richiede la luce solare.
Dovremmo anche menzionare il percorso noto come chemiosintesi. Alcuni autotrofi, principalmente batteri specializzati, possono convertire i nutrienti inorganici in composti organici senza accesso alla luce solare. Esistono diversi gruppi di chemiosinteticibatteri in mare e in acqua dolce, e sono particolarmente comuni in ambienti con un alto contenuto di idrogeno solforato o zolfo. Come le piante contenenti clorofilla e altri organismi capaci di sintesi fotochimica, gli organismi chemiosintetici sono autotrofi. Tuttavia, la produttività dell'ecosistema è piuttosto l'attività della vegetazione, poiché è lei che è responsabile dell'accumulo di oltre il 90% di materia organica. La chemiosintesi gioca un ruolo sproporzionatamente minore in questo.
Nel frattempo, molti organismi possono ottenere l'energia di cui hanno bisogno solo mangiando altri organismi. Si chiamano eterotrofi. In linea di principio, questi includono tutte le stesse piante (mangiano anche materia organica già pronta), animali, microbi, funghi e microrganismi. Gli eterotrofi sono anche chiamati "consumatori".
Il ruolo delle piante
Di norma, la parola "produttività" in questo caso si riferisce alla capacità delle piante di immagazzinare una certa quantità di materia organica. E questo non sorprende, poiché solo gli organismi vegetali possono convertire le sostanze inorganiche in organiche. Senza di loro, la vita stessa sul nostro pianeta sarebbe impossibile, e quindi la produttività dell'ecosistema è considerata da questa posizione. In generale, la domanda è estremamente semplice: quanta materia organica possono immagazzinare le piante?
Quali biocenosi sono le più produttive?
Stranamente, ma le biocenosi prodotte dall'uomo sono ben lungi dall'essere le più produttive. Giungle, paludi, selva di grandi fiumi tropicali a questo propositosono molto avanti. Inoltre, sono queste biocenosi che neutralizzano un'enorme quantità di sostanze tossiche, che, ancora una volta, entrano in natura a seguito dell'attività umana e producono anche oltre il 70% dell'ossigeno contenuto nell'atmosfera del nostro pianeta. A proposito, molti libri di testo affermano ancora che gli oceani della Terra sono il "cestino del pane" più produttivo. Stranamente, ma questa affermazione è molto lontana dalla verità.
Paradosso oceanico
Sapete a cosa viene paragonata la produttività biologica degli ecosistemi dei mari e degli oceani? Con semi-deserti! I grandi volumi di biomassa si spiegano con il fatto che sono le distese d'acqua che occupano la maggior parte della superficie del pianeta. Quindi l'uso più volte previsto dei mari come principale fonte di nutrienti per tutta l'umanità nei prossimi anni è difficilmente possibile, poiché la fattibilità economica di ciò è estremamente bassa. Tuttavia, la bassa produttività di questo tipo di ecosistema non toglie in alcun modo l'importanza degli oceani per la vita di tutti gli esseri viventi, quindi devono essere protetti il più accuratamente possibile.
Gli ambientalisti moderni affermano che le possibilità dei terreni agricoli sono tutt' altro che esaurite e in futuro saremo in grado di ottenere raccolti più abbondanti da loro. Speranze particolari sono riposte sulle risaie, che per le loro caratteristiche uniche possono produrre un'enorme quantità di materia organica preziosa.
Informazioni di base sulla produttività dei sistemi biologici
Produttività complessiva dell'ecosistemaè determinato dal tasso di fotosintesi e accumulo di sostanze organiche in una particolare biocenosi. La massa di materia organica che si crea per unità di tempo è chiamata produzione primaria. Può essere espresso in due modi: o in Joule o nella massa secca delle piante. La produzione lorda è il volume creato dagli organismi vegetali in una determinata unità di tempo, a una velocità costante del processo di fotosintesi. Va ricordato che parte di questa sostanza andrà all'attività vitale delle piante stesse. La sostanza organica rimanente è la produttività primaria netta dell'ecosistema. È lei che va a nutrire gli eterotrofi, che includono te e me.
C'è un "limite superiore" alla produzione primaria?
In breve, sì. Diamo una rapida occhiata a quanto sia efficiente in linea di principio il processo di fotosintesi. Ricordiamo che l'intensità della radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre è fortemente dipendente dalla posizione: il massimo ritorno di energia è caratteristico delle zone equatoriali. Diminuisce esponenzialmente man mano che si avvicina ai poli. Circa la metà dell'energia solare viene riflessa da ghiaccio, neve, oceani o deserti e assorbita dai gas nell'atmosfera. Ad esempio, lo strato di ozono dell'atmosfera assorbe quasi tutta la radiazione ultravioletta! Solo la metà della luce che colpisce le foglie delle piante viene utilizzata nella reazione di fotosintesi. Quindi la produttività biologica degli ecosistemi è il risultato della conversione di una parte insignificante dell'energia solare!
Cos'è la produzione secondaria?
Di conseguenza, vengono chiamati prodotti secondarila crescita dei consumatori (cioè dei consumatori) per un certo periodo di tempo. Naturalmente, la produttività dell'ecosistema dipende da loro in misura molto minore, ma è questa biomassa che gioca il ruolo più importante nella vita umana. Va notato che le sostanze organiche secondarie sono calcolate separatamente a ciascun livello trofico. Pertanto, i tipi di produttività dell'ecosistema sono divisi in due tipi: primaria e secondaria.
Rapporto tra produzione primaria e secondaria
Come puoi immaginare, il rapporto tra la biomassa e la massa totale della pianta è relativamente basso. Anche nella giungla e nelle paludi, questa cifra supera raramente il 6,5%. Più piante erbacee nella comunità, maggiore è il tasso di accumulo di materia organica e maggiore è la discrepanza.
Informazioni sulla velocità e sul volume di formazione delle sostanze organiche
In generale, il tasso limite di formazione della sostanza organica di origine primaria dipende completamente dallo stato dell'apparato fotosintetico delle piante (PAR). Il valore massimo dell'efficienza della fotosintesi, che è stato raggiunto in condizioni di laboratorio, è del 12% del valore PAR. In condizioni naturali, un valore del 5% è considerato estremamente alto e praticamente non si verifica. Si ritiene che sulla Terra l'assimilazione della luce solare non superi lo 0,1%.
Distribuzione produzione primaria
Va notato che la produttività dell'ecosistema naturale è estremamente irregolare in tutto il pianeta. La massa totale di tutta la materia organica che si forma annualmentesuperficie della Terra, è di circa 150-200 miliardi di tonnellate. Ricordi cosa abbiamo detto sulla produttività degli oceani sopra? Quindi, 2/3 di questa sostanza si formano sulla terra! Immagina: i volumi giganteschi e incredibili dell'idrosfera formano tre volte meno materia organica di una minuscola parte della terra, gran parte della quale sono deserti!
Più del 90% della materia organica accumulata in una forma o nell' altra viene utilizzata come cibo per organismi eterotrofi. Solo una piccola frazione dell'energia solare viene immagazzinata sotto forma di humus del suolo (così come petrolio e carbone, che si formano ancora oggi). Sul territorio del nostro Paese, l'aumento della produzione biologica primaria varia da 20 centesimi per ettaro (nei pressi del Mar Glaciale Artico) a oltre 200 centesimi per ettaro nel Caucaso. Nelle aree desertiche, questo valore non supera i 20 c/ha.
In linea di principio, nei cinque caldi continenti del nostro mondo, l'intensità della produzione è praticamente la stessa, quasi: in Sud America la vegetazione accumula una volta e mezza più sostanza secca, a causa delle ottime condizioni climatiche. Lì, la produttività degli ecosistemi naturali e artificiali è massima.
Cosa nutre le persone?
Circa 1,4 miliardi di ettari sulla superficie del nostro pianeta sono piantagioni di piante coltivate che ci forniscono cibo. Questo è circa il 10% di tutti gli ecosistemi del pianeta. Stranamente, ma solo la metà dei prodotti risultanti va direttamente al cibo umano. Tutto il resto viene utilizzato come cibo per animali domestici e va ale esigenze della produzione industriale (non legate alla produzione di prodotti alimentari). Gli scienziati lanciano l'allarme da molto tempo: la produttività e la biomassa degli ecosistemi del nostro pianeta possono fornire non più del 50% del fabbisogno proteico dell'umanità. In poche parole, metà della popolazione mondiale vive in condizioni di fame cronica di proteine.
Detentori del record delle biocenosi
Come abbiamo già detto, le foreste equatoriali sono caratterizzate dalla più alta produttività. Pensaci: più di 500 tonnellate di sostanza secca possono cadere su un ettaro di una tale biocenosi! E questo è lontano dal limite. In Brasile, ad esempio, un ettaro di foresta produce dalle 1200 alle 1500 tonnellate (!) di materia organica all'anno! Pensa: ci sono fino a due centesimi di sostanza organica per metro quadrato! Nella tundra nella stessa area non si formano più di 12 tonnellate e nelle foreste della cintura centrale - entro le tonnellate 400. Le imprese agricole da quelle parti lo usano attivamente: la produttività di un ecosistema artificiale sotto forma di zucchero canneto, che può accumulare fino a 80 tonnellate di sostanza secca per ettaro, nessun altro luogo può produrre fisicamente tali raccolti. Tuttavia, le baie dell'Orinoco e del Mississippi, così come alcune aree del Ciad, differiscono poco da esse. Qui, per un anno, gli ecosistemi “distribuiscono” fino a 300 tonnellate di sostanze per ettaro di superficie!
Risultati
Pertanto, la valutazione della produttività dovrebbe essere effettuata sulla base della sostanza primaria. Il fatto è che la produzione secondaria non supera il 10% di questo valore, il suo valore oscilla molto, quindi un'analisi dettagliataquesto indicatore è semplicemente impossibile.
