2014-02-17
8351
Биологическая продуктивность экосистем.
Источник: методичка «Остров», лекция 4.
Ответ:
Автотрофные экосистемы, используя энергию Солнца, углекислый газ и минеральные вещества, производят различные органические вещества – древесину, листья, плоды, т.е. живую биомассу. Производительность экосистемы измеряется количеством органического вещества, которое создано за единицу времени на единице площади, и называется биологической продуктивностью.
Общая годовая продукция сухого органического вещества на планете составляет 150-200 миллиардов тонн. В океане образуется 1/3 этой продукции, на суше – 2/3. Почти вся чистая первичная продукция планеты служит для поддержания жизни гетеротрофов. Неиспользуемая консументами энергия запасается в их телах, в органических осадках водоемов, в гумусе почвы.
Различают первичную, валовую, чистую, вторичную продукцию сообществ.
Биологическая продукция измеряется количеством сухой или сырой массы органического вещества (растений), производимого в единицу времени на единицу площади (т/га в год, г/м2 в день) или в энергетических единицах – эквивалентном числе джоулей.
Растения создают первичную продукцию, вторичная продукция сообществ (создается гетеротрофами) – прирост за единицу времени массы консументов.. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего уровня. Гетеротрофы живут за счет чистой первичной продукции сообщества.
Первичная продукция подразделяется на валовую первичную продукцию – количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза, то есть общая продукция фотосинтеза (расходуется на процессы жизнедеятельности, выделения, рост биомассы органического вещества), и чистую первичную продукцию – величина прироста растений (биомассы органического вещества).
При переходе с одного трофического уровня на другой, 90% энергии теряется. Поэтому количество вторичной биологической продукции в 20-50 раз меньше, чем первичной.
Продуктивность основных экосистем планеты показана в табл. 2 - 4.
Под биомассой понимают массу организма, организмов определенной группы, всего сообщества в целом или экосистемы. Под биомассой понимают всю живую органическую массу, которая содержится в экосистеме или ее элементах вне зависимости от того, за какой период она образовалась и накопилась. Различают фитомассу (массу живых растений), зоомассу, микробную массу, массу мертвого вещества. Также различают биомассу надземную, подземную, водную.
Таблица 2
Продуктивность экологических систем за год
| Экосистема | Пло- щадь, млн км2 | Продуктивность растений, г/м2 | Общая про-дуктивность | ||
| Пределы | Сред-нее | Расте-ний, млрд/т | Живот-ных, млн/т | ||
| Материковые экосистемы (в целом): | 0-3500 | ||||
| Влажные тропические леса | 1000-3500 | 37,4 | |||
| Вечнозеленые леса умерен-ного пояса | 600-2500 | 6,5 | |||
| Листопадные леса умеренного пояса | 600-2500 | 8,4 | |||
| Тайга | 400-2000 | 9,6 | |||
| Саванна | 200-2000 | 13,5 | |||
| Тундры и высокогорье | 10-400 | 1,1 | |||
| Пустыни и полупустыни | 10-250 | 1,6 | |||
| Болота мангровые и низинные | 800-3500 | 4,0 | |||
| Озера и водотоки | 100-1500 | 0,5 | |||
| Культивируемые земли | 100-3500 | 9,1 | |||
| Морские экосистемы (в целом) | 2-2400 | 55,0 | |||
| Открытый океан | 2-400 | 41,5 | |||
| Апвеллинги | 0,4 | 400-1000 | 0,2 | ||
| Континентальный шельф | 200-600 | 9,6 | |||
| Заросли водорослей и рифы | 0,6 | 500-4000 | 1,6 | ||
| Эстуарии | 1,4 | 200-3500 | 2,1 | ||
| Средняя продуктивность биосферы | 0-4000 | 170,0 |
Величина биомассы экосистемы зависит не столько от продуктивности, сколько от продолжительности жизни организмов и экосистемы. Большая биомасса характерна для лесных экосистем (тропические леса – 800-1000 т/га, леса умеренной зоны – 300-400 т/га), в травянистых сообществах ее значение составляет 3-5 т/га.
Обычно запас фитомассы выше запаса зоомассы, однако в водоемах запас зоомассы может быть выше, так как продолжительность жизни фитопланктона невелика, а рыбы живут несколько лет.
Таблица 3
Продуктивность и биомасса экосистем материков и океанов планеты за год
| Экосистемы | Пло-щадь, млн км2 | Растения, млрд. т | Животные, млрд т | |||||
| Продукция | Биомасса | Потреб-ление жи-вотными | Про-дук-ция | Био-масса | ||||
| т/га | глоба- льная | т/га | глоба-льная | |||||
| Континентов | 7,73 | 115,0 | 123,0 | 1837,0 | 7,8 | 0,909 | 1,005 | |
| Океана | 1,52 | 55,0 | 0,1 | 3,9 | 20,2 | 3,045 | 0,997 | |
| Всего | 3,33 | 170,0 | 3,6 | 28,0 | 3,934 | 2,002 | ||
| Возделыва-емые земли | 6,50 | 9,1 | 10,0 | 0,09 | 0,009 | 0,006 |
Таблица 4
Продуктивность естественного растительного покрова
| Часть света | Средняя продуктивность, ц/га | КПД ФАР |
| Европа | 1,26 | |
| Азия | 0,88 | |
| Африка | 0,59 | |
| Северная Америка | 0,94 | |
| Южная Америка | 1,13 | |
| Австралия и Океания | 0,44 |
Для экосистем, состоящих из однолетних организмов (поле пшеницы, клевера), годичная продуктивность и биомасса практически совпадают. Для древесных сообществ они резко различаются.
Биомасса основных экосистем России следующая: леса – 20-30, болота – 3-10, сельскохозяйственные системы –0,4-6, луга и степи – 0,1-3, озера – 0,01-0,1 кг/м2.
Продуктивность экосистем определяется лимитирующими факторами: наличием воды, питательных веществ, интенсивностью солнечной радиации, способностью системы использовать биогенные вещества и др. Биологическая продуктивность снижается при загрязнении экосистемы антропогенными и природными выбросами. Высокие скорости продукции имеют место в экосистемах при поступлении в них дополнительной энергии извне (в лесных экосистемах это ветер и дождь, в заливах – прилив, на возделываемых полях – удобрения, полив, работа человека). Человек повышает продуктивность экосистемы, уменьшая влияние лимитирующих факторов: вносит удобрения, орошает землю, создает искусственное тепло (теплицы, парники), рационально использует почвенно-климатические условия.
По продуктивности, ЭС подразделяются на 4 группы:
· экосистемы очень высокой продуктивности – свыше 2 кг/м2 в год (тропические леса, коралловые рифы, заросли тростника в дельтах Волги, Дона).
· экосистемы высокой продуктивности – 1-2 кг/м2 в год (липово-дубовые леса, прибрежные заросли рогоза или тростника на озерах, посевы кукурузы и многолетних трав при орошении и внесении высоких доз удобрений).
· экосистемы умеренной продуктивности – 0,25-1 кг/м2 в год (многие сельскохозяйственные посевы, сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, заросшие водными растениями озера, морские луга из водорослей).
· экосистемы низкой продуктивности – менее 0,25 кг/м2 в год (пустыни, тундра, горные степи, большая часть морских экосистем).
Средняя по планете биопродуктивность составляет 0,3 кг/м2 в год.
