Pirminis ekosistemos produktyvumas. Ekosistemos produktyvumas

Gyvų organizmų gebėjimas kurti naują biomasę vadinamas produktyvumas . Biomasės susidarymo greitis per laiko vienetą ploto vienete vadinamas produktų . Biologiniai produktai išreiškiami džauliais 1 m2 per dieną, kalorijos 1 m2 per dieną, kilogramai 1 hektarui per metus.

Organinė masė, kurią augalas sukuria per laiko vienetą, vadinama pirminės gamybos . Bendroji pirminė gamyba vadinti bendrą medžiagos ir energijos kiekį, kurį ekosistemoje gamina autotrofai. Grynoji pirminė produkcija – organinių medžiagų kaupimosi augalų audiniuose greitis atėmus kvėpavimo išlaidas. Vartotojai gali naudoti tik grynus pirminius produktus.

Antriniai produktai ekosistemose jį formuoja vartotojai. Bendruomenės antrinė produkcija visada yra mažesnė už pirminę gamybą. Pagal biologinės gamybos piramidės taisyklę kiekviename ankstesniame trofiniame lygmenyje per laiko vienetą sukuriamas biomasės kiekis yra didesnis nei kitame.

6.4. Ekosistemų homeostazė ir dinamika

Ekosistemose vykstančių procesų stabilumas ir pusiausvyra leidžia teigti, kad joms paprastai būdinga būsena homeostazė , kaip ir juos sudarančios populiacijos bei kiekvienas gyvas organizmas. Buveinių nestabilumas ekosistemose kompensuojamas biocenotiniais prisitaikymo mechanizmais.

Pagrindinė ekosistemų nestabilumo priežastis yra: medžiagų apykaitos disbalansas. Pagrindinių masės rūšių praradimas iš biocenozės veda prie: biocenozės sunaikinimo, biocenozės pasikeitimo.

Ekologinio dubliavimosi taisyklė: nykstanti arba sunaikinta gyva rūšis viename ekologinės piramidės lygyje pakeičia kitą funkciškai biocenotiškai panašią. Tvariausios ekosistemos yra tos, kuriose yra didelė rūšių įvairovė; nespecializuotų rūšių buvimas; santykinė izoliacija nuo kaimyninių ekosistemų; didelė biomasė; daug maitinimo grandinių.

Ekosistemos parametrai, kaip ir visi biologiniai objektai, patiria periodinius ciklinius pokyčius: kasdienius ir sezoninius svyravimus. Svyravimai– trumpalaikiai grįžtami pokyčiai ekosistemose, kurių ciklas trumpesnis nei 10 metų. Būdinga, kad esant tokiai dinamikai, išsaugomos pagrindinės ekosistemos savybės, įskaitant vientisumą ir funkcinį stabilumą.

Vykstant sukcesijai, ekosistemų funkcinės savybės kinta tam tikra kryptimi. Paveldėjimas yra laiko nuoseklus, kryptingas vienos bendruomenės pakeitimas kita tam tikroje aplinkos srityje.

Sukcesijos atsiradimo priežastis – esminių buveinės savybių pokyčiai: ugnikalnių išsiveržimai, gaisrai, miško žemių valymas, stepių plotų arimas, atvira kasyba, tvenkinių ir rezervuarų kūrimas.

Paveldėjimo serija– viena kitą pakeičiančių biocenozių grandinė. Perėjimo procesai vyksta per tam tikrą laikotarpį. Dažniausiai tai būna metai ir dešimtys metų, tačiau vyksta ir labai greiti bendruomenių pokyčiai, pavyzdžiui, laikinuose rezervuaruose, ir labai lėti pasaulietiniai ekosistemų pokyčiai, susiję su evoliucija Žemėje.

Suvestinėje serijoje išskiriamos nesubrendusios (tarpinės) ir brandžios bendruomenės. Nesubrendusios bendruomenės būdingas: nestabilumas; ribotas rūšių skaičius; paprastos maitinimo grandinės; augalinių produktų perteklius. Brandžios bendruomenės pasižymi: stabilumu; rūšių įvairovė; sudėtingos maitinimo grandinės; bendros biomasės ir gamybos padidėjimas. Brandžios bendruomenės yra labiausiai prisitaikiusios prie konkrečios vietovės vyraujančių klimato sąlygų komplekso.

Pagal bendrą pobūdį paveldėjimai skirstomi į pirminius ir antrinius. Pirminis paveldėjimas prasideda nuo uolos, kurioje nėra dirvožemio; paviršiai, kur anksčiau nebuvo autotrofų (pliko uolienų apaugimas kerpėmis, javų apsigyvenimas kalnų kopose). Antriniai paveldėjimai vystytis ant substrato, iš pradžių modifikuoto gyvų organizmų komplekso, egzistavusio tam tikroje vietoje anksčiau – prieš gaisrą, potvynį, miško kirtimą ir pan. (ežero pavertimas pelke, pelkės pavertimas šlapia pieva) veikla. , pievos pakeitimas mišku, beržyno pakeitimas ąžuolynu, plėtros miškai apleistame lauke).

Klausimai savikontrolei

1) Kuri sąvoka yra platesnė, biogeocenozė ar ekosistema?

Pirminiai ir antriniai produktai. Viena iš svarbiausių ekosistemų savybių yra gebėjimas kurti organines medžiagas, kurios vadinamos produktų. Ekosistemos produktyvumas yra produkcijos susidarymo tempas per laiko vienetą (valandą, dieną, metus) ploto vienetui (kvadratiniam metrui, hektarui) arba tūriui (vandens ekosistemose). Gamintojų per laiko vienetą sukurta organinė masė vadinama pirminiai produktai bendruomenes. Jis yra padalintas į grubus Ir švarus produktų. Bendroji pirminė gamyba yra organinių medžiagų kiekis, kurį augalai sukuria per laiko vienetą esant tam tikram fotosintezės greičiui. Dalis šios produkcijos atitenka pačių augalų gyvybinei veiklai palaikyti (išlaidoms kvėpavimui). Vidutinio klimato ir atogrąžų miškuose augalai kvėpavimui išleidžia nuo 40 iki 70% bendros produkcijos. Likusi dalis sukurtos organinės masės charakterizuoja gryna pirminė gamyba, kuris parodo augalų augimo kiekį. Apdorojamas maisto grandinėse, jis naudojamas heterotrofinių organizmų masei papildyti.

Antriniai produktai yra vartotojų masės padidėjimas per laiko vienetą. Jis apskaičiuojamas atskirai kiekvienam trofiniam lygiui. Vartotojai gyvena iš grynosios pirminės bendruomenės produkcijos. Skirtingose ​​ekosistemose jie suvartoja jį skirtingai. Jei pirminių produktų pašalinimo greitis maisto grandinėse atsilieka nuo augalų augimo greičio, tai lemia laipsnišką gamintojų biomasės didėjimą. Biomasė yra bendra tam tikros grupės arba visos bendruomenės organizmų masė. Stabiliose bendruomenėse su subalansuotu medžiagų ciklu visi produktai išleidžiami maisto grandinėse, o biomasė išlieka pastovi.

Ekosistemų produktai ir biomasė yra ne tik maistui naudojamas išteklius, ekosistemų aplinką formuojantis ir aplinką stabilizuojantis vaidmuo tiesiogiai priklauso nuo šių rodiklių: augalų anglies dvideginio įsisavinimo ir deguonies išskyrimo intensyvumo, vandens balanso reguliavimo; teritorijų, triukšmo slopinimo ir kt. Biomasė, įskaitant negyvas organines medžiagas, yra pagrindinis anglies koncentracijos rezervuaras sausumoje. Teoriškai numatomą pirminių biologinių produktų susidarymo greitį lemia augalų fotosintezės aparato galimybės. Kaip žinoma, tik 44% saulės spinduliuotės yra fotosintetiškai aktyvioji spinduliuotė (PAR) – fotosintezei tinkamo bangos ilgio. Maksimalus gamtoje pasiekiamas fotosintezės efektyvumas yra 10–12% PAR energijos, tai yra maždaug pusė teoriškai galimo. Ji švenčiama pačiomis palankiausiomis sąlygomis. Apskritai, visame pasaulyje augalai saulės energijos sugeria ne daugiau kaip 0,1%, nes augalų fotosintezės aktyvumą riboja daugybė veiksnių: šilumos ir drėgmės trūkumas, nepalankios dirvožemio sąlygos ir kt. Augalijos produktyvumas kinta ne tik pereinant iš vienos klimato zonos į kitą, bet ir kiekvienoje zonoje (2 lentelė.) Rusijos teritorijoje, pakankamai drėgmės zonose, pirminis produktyvumas didėja iš šiaurės į pietus, didėjant karščiui. antplūdis ir auginimo sezono trukmė. Metinis augalijos prieaugis svyruoja nuo 20 c/ha Arkties vandenyno pakrantėje iki 200 c/ha Kaukazo Juodosios jūros pakrantėje. Didžiausias augalų masės prieaugis siekia vidutiniškai 25 g/m2 per parą esant labai palankioms sąlygoms, esant dideliam augalų aprūpinimui vandeniu, šviesa ir mineralais. Dideliuose plotuose augalų produktyvumas neviršija 0,1 g/m2: karštose ir poliarinėse dykumose ir didžiulėse vandenynų vidaus erdvėse, kur labai trūksta maistinių medžiagų dumbliams.

2 lentelė

Pagrindinių ekosistemų tipų biomasė ir pirminis produktyvumas

(pagal T.A. Akimovą, V.V. Chaskiną, 1994 m.)

Penkių pasaulio žemynų vidutinis ekosistemų produktyvumas skiriasi palyginti nedaug (82–103 c/ha per metus). Išimtis – Pietų Amerika (209 c/ha per metus), kur daugumoje sąlygos augmenijai labai palankios.

Bendra metinė sausųjų organinių medžiagų gamyba Žemėje yra 150–200 milijardų tonų. Daugiau nei trečdalis jo susidaro vandenynuose, o apie du trečdaliai – sausumoje.

Beveik visa Žemės grynoji pirminė produkcija yra skirta visų heterotrofinių organizmų gyvybei palaikyti. Žmonių maistą daugiausia aprūpina žemės ūkio augalai, kurie užima apie 10 % žemės ploto. Žemės ūkio plotai, racionaliai naudojant ir paskirstydami produktus, galėtų aprūpinti augaliniu maistu maždaug dvigubai daugiau planetos gyventojų nei dabar. Sunkiau aprūpinti gyventojus antriniais produktais. Žemėje turimi ištekliai, įskaitant gyvulininkystės produktus ir žvejybos sausumoje bei vandenyne rezultatus, kasmet gali patenkinti mažiau nei 50% šiuolaikinių Žemės gyventojų poreikių. Vadinasi, didžioji dalis pasaulio gyventojų yra chroniško baltymų bado būsenoje. Šiuo atžvilgiu ekosistemų ir ypač antrinių produktų biologinio produktyvumo didinimas yra vienas svarbiausių žmonijos uždavinių.

Ekologinės piramidės. Kiekviena ekosistema turi tam tikrą trofinę struktūrą, kurią galima išreikšti arba individų skaičiumi kiekviename trofiniame lygmenyje, arba jų biomase, arba energijos kiekiu, užregistruotu ploto vienetui per laiko vienetą kiekviename paskesniame trofiniame lygyje. Grafiškai tai dažniausiai vaizduojama kaip piramidė, kurios pagrindas yra pirmasis trofinis lygis, o vėlesni – piramidės aukštus ir viršūnę.

Ryžiai. 17. Supaprastinta gyventojų piramidės schema (pagal G.A. Novikovas, 1979)

Yra trys pagrindiniai ekologinių piramidžių tipai – skaičių, biomasės ir gamybos (arba energijos).

Skaičių piramidė atspindi individų pasiskirstymą trofiniuose lygiuose. Nustatyta, kad trofinėse grandinėse, kur energijos perdavimas daugiausia vyksta per plėšrūno ir grobio ryšius, dažnai laikomasi šios taisyklės: bendras individų skaičius maisto grandinėse kiekviename paskesniame trofiniame lygmenyje mažėja(17 pav.).

Tai paaiškinama tuo, kad plėšrūnai paprastai yra didesni už grobį ir vienam plėšrūnui reikia kelių aukų, kad išlaikytų savo gyvybę. Pavyzdžiui, vienam liūtui per metus reikia 50 zebrų. Tačiau yra šios taisyklės išimčių. Vilkai, medžiodami kartu, gali nužudyti didesnį už save grobį (pavyzdžiui, elnius). Vorai ir gyvatės, turėdami nuodų, žudo didelius gyvūnus.

Biomasės piramidė atspindi bendrą organizmų masę kiekviename trofiniame lygmenyje. Daugumoje sausumos ekosistemų bendra augalų masė yra didesnė už visų žolėdžių organizmų biomasę, o pastarųjų masė savo ruožtu viršija visų plėšrūnų masę (18 pav.)

			Z F

Koralinis rifas Pelagial

Ryžiai. 18. Biomasės piramidės kai kuriose biocenozėse (pagal F. Dre, 1976):

P – gamintojai, RK – augalų vartotojai, PC – mėsėdžiai vartotojai, F – fitoplanktonas, Z – zooplanktonas

Vandenynuose ir jūrose, kur pagrindiniai gamintojai yra vienaląsčiai dumbliai, biomasės piramidė turi apverstą išvaizdą. Čia visa gryna pirminė produkcija greitai įtraukiama į maisto grandinę, dumblių biomasės kaupimasis labai mažas, o jų vartotojai daug didesni ir jų gyvenimo trukmė ilgesnė, todėl esant aukštesniam trofiniam lygiui vyrauja biomasės kaupimosi tendencija.

Produktų piramidė (energija) pateikia išsamiausią bendruomenės funkcinės organizacijos vaizdą, nes atspindi energijos vartojimo maisto grandinėse dėsnius: energijos kiekis organizmuose kiekviename paskesniame maisto grandinės trofiniame lygyje yra mažesnis nei ankstesniame lygyje.

Ryžiai. 19. Gaminių piramidė

Produktų, pagamintų per laiko vienetą, esant skirtingam trofiniam lygiui, kiekis atitinka tą pačią taisyklę, kuri būdinga energijai: kiekviename paskesniame maisto grandinės lygyje per laiko vienetą sukuriamų produktų kiekis yra mažesnis nei ankstesniame. Ši taisyklė yra universali ir galioja visų tipų ekosistemoms (19 pav.). Energijos piramidės niekada nėra apverstos aukštyn kojomis.

Ekosistemų produktyvumo dėsnių tyrimas ir gebėjimas kiekybiškai įvertinti energijos srautą yra labai svarbūs praktiniu požiūriu, nes pirminė žmonių išnaudojamų agrocenozių ir natūralių bendrijų produkcija yra pagrindinis žmonijos maisto šaltinis. Ne mažiau svarbūs ir antriniai produktai, gauti iš ūkinių gyvūnų. Tikslūs energijos srauto skaičiavimai ekosistemos produktyvumo mastu leidžia reguliuoti jose esančių medžiagų ciklą taip, kad būtų pasiektas didžiausias žmogui naudingų produktų derlius. Galiausiai labai svarbu gerai suprasti priimtinas augalų ir gyvūnų biomasės pašalinimo iš natūralių sistemų ribas, kad nebūtų pakenkta jų produktyvumui.

Ekosistemos produktyvumasyra organinių medžiagų kaupimasis ekosistemoje savo gyvavimo procese. Ekosistemos produktyvumas matuojamas organinių medžiagų kiekiu, susidariusiu per laiko vienetą ploto vienete.

Yra skirtingi gamybos lygiai, kuriuose sukuriami pirminiai ir antriniai produktai. Gamintojų per laiko vienetą sukurta organinė masė vadinama pirminiai produktai, o vartotojų masės padidėjimas per laiko vienetą yra antriniai produktai.

Pirminė gamyba skirstoma į du lygius – bendrąją ir grynąją gamybą. Bendroji pirminė produkcija – tai bendra bendrosios organinės medžiagos masė, kurią augalas sukuria per laiko vienetą esant tam tikram fotosintezės greičiui, įskaitant išlaidas kvėpavimui.

Kvėpavimui augalai išleidžia nuo 40 iki 70% bendros produkcijos. Planktoniniai dumbliai išleidžia mažiausiai energijos – apie 40% visos sunaudojamos energijos. Ta bendrosios produkcijos dalis, kuri neišleidžiama „kvėpavimui“, vadinama grynąja pirmine produkcija, ji parodo augalų augimo kiekį ir būtent šį produktą suvartoja vartotojai ir skaidytojai.

Antrinė gamyba nebeskirstoma į bendrąją ir grynąją, nes vartotojai ir skaidytojai, t.y. visi heterotrofai didina savo masę dėl pirminės gamybos, t.y. naudoti anksčiau sukurtus produktus.

Antrinė gamyba apskaičiuojama atskirai kiekvienam trofiniam lygiui, nes ji susidaro dėl energijos, gaunamos iš ankstesnio lygio.

Visi gyvi ekosistemos komponentai – gamintojai, vartotojai ir skaidytojai – sudaro bendra biomasė (gyvasis svoris) bendruomenė kaip visuma arba atskiros jos dalys, tam tikros organizmų grupės. Biomasė dažniausiai išreiškiama drėgnu ir sausu svoriu, bet gali būti išreikšta ir energijos vienetais – kalorijomis, džauliais ir pan., todėl galima nustatyti ryšį tarp gaunamos energijos kiekio ir, pavyzdžiui, vidutinės biomasės. .

Pagal biologinį produktyvumą ekosistemos skirstomos į 4 klases:

1. labai didelio produktyvumo ekosistemos – >2 kg/m2per metus (tropiniai miškai, koraliniai rifai);
2. didelio produktyvumo ekosistemos - 1-2 kg/m2 per metus (liepa-ąžuolynai, pajūrio kauburių arba nendrės prie ežerų, kukurūzų ir daugiamečių žolių pasėliai su drėkinimu ir didelėmis trąšų dozėmis);
3. vidutinio produktyvumo ekosistemos - 0,25-1 kg/m2per metus (pušynai ir beržynai, šienaujamos pievos ir stepės, vandens augalais apaugę ežerai);
4. žemo produktyvumo ekosistemos -< 0,25 кг/м 2 в год (пустыни, тундра, горные степи, большая часть морских экосистем). Средняя биологическая продуктивность экосистем на планете равна 0,3 кг/м 2 в год.

Kaip jau žinote, medžiagos ekosistemoje naudojamos pakartotinai, transformuojasi pagal cirkuliacijos principą. Be to, gyvi organizmai dalyvauja medžiagų judėjime, todėl medžiagų ciklas yra biogeninis. Jis prasideda nuo cheminių elementų patekimo iš dirvožemio (vandens ir mineralinių druskų) ir atmosferos (anglies dioksido) į gyvus organizmus – gamintojus. Gamintojai sintetina organines medžiagas, kurių dalis maisto grandinėje toliau perduodama vartotojams, o kai kurios lieka nepanaudotos. Tam tikras kiekis organinių medžiagų iš gamintojų ir vartotojų grįžta į dirvą su lavoninėmis medžiagomis ir ekskrementais (detritu). Dėl skaidytojų veiklos jie virsta mineralinėmis medžiagomis, kurių atomus gamintojai vėl įtraukia į ciklą. Tačiau medžiagų ciklas negali būti visiškai uždarytas. Kai kurių cheminių elementų atomai gali ilgam pasišalinti iš ciklo, kaupiasi litosferoje kaip kalkakmenio (kreidos), anglies, gamtinių dujų, naftos, durpių, įvairių metalų rūdų dalis.

Energijos transformacija ekosistemoje vyksta kiek kitaip nei medžiagų transformacija. Saulės energijos srautas, patenkantis į ekosistemą, yra tarsi padalintas į du kanalus - ganykla Ir detritas. Kiekviename iš jų energija eikvojama organizmų gyvybei palaikyti. Energijos, praeinančios per ganyklų ir detrito grandines, santykis yra skirtingas skirtingų tipų ekosistemose. Energijos praradimą maisto grandinėse galima papildyti tik gavus naujas saulės energijos ar paruoštų organinių medžiagų (pašarų energijos) porcijas. Todėl ekosistemoje negali būti energijos ciklo, panašaus į medžiagų ciklą. Ekosistema funkcionuoja tik dėl kryptingo energijos srauto.

Dėl pakartotinio medžiagos naudojimo ir nuolatinio energijos srauto ekosistemos gali išlaikyti stabilų egzistavimą ilgą laiką. Juose gyvenantys gamintojai, vartotojai ir skaidytojai užtikrina savo biomasės atsinaujinimą, nepaisant to, kad medžiagų pasiūla biosferoje yra ribota ir nepapildoma. Organų biomasės atsinaujinimo greitis ekosistemoje vadinamas biologiniu produktyvumu. Jis išreiškiamas pagamintų produktų kiekiu.

Ekosistemos gamyba – tai ekosistemoje susidaręs biomasės kiekis ploto vienete arba biotopo tūrio vienete per laiko vienetą.

Ekosistemos labai skiriasi savo gaminamos produkcijos kiekiu. Jis mažėja tokia seka: atogrąžų miškas - subtropinis miškas - vidutinio klimato miškas - stepė - vandenynas - dykuma.

Gauti produktai skirtingose ​​ekosistemose gali būti vartojami skirtingai. Jei jo vartojimo greitis atsilieka nuo formavimosi greičio, tai padidina ekosistemos biomasė ir detrito pertekliaus kaupimasis. Dėl to pelkėse susidarys durpės, užaugs nedideli rezervuarai, atsiras šiukšlių atsargos taigos miškuose ir kt. Stabiliose ekosistemose beveik visi susidarantys produktai išleidžiami maisto tinkluose. Dėl to ekosistemos biomasė išlieka beveik pastovi.

Ekosistemos biomasė – tai bendras visų gyvų organizmų organinių medžiagų kiekis, sukauptas tam tikroje ekosistemoje per ankstesnį jos egzistavimo laikotarpį.

Ekosistemos biomasė išreiškiama drėgnos masės arba sausos organinės medžiagos masės vienetui ploto: g/m2, kg/m2, kg/ha, t/km2 (sausumos ekosistemos) arba tūrio vienetu (vandens ekosistemos).

Ekosistemos biomasė ir biologinis produktyvumas gali labai skirtis. Pavyzdžiui, tankiame miške bendra organizmų biomasė yra labai didelė, palyginti su jos metiniu prieaugiu – gamyba. Tuo tarpu tvenkinyje nedidelė sukaupta fitoplanktono biomasė pasižymi dideliu atsinaujinimo greičiu – produktų susidarymas dėl greito dauginimosi.

Pirminiai ir antriniai produktai

Priklausomai nuo to, kokios medžiagos ir energija naudojamos biomasei atnaujinti, ekosistema skirstoma į pirminis Ir antrinis produktyvumas. Atitinkamai, gauti produktai vadinami pirminiais ir antriniais.

Pirminė gamyba- biomasė, kurią foto- arba chemosintezės metu iš mineralinių medžiagų sukuria autotrofiniai organizmai (gamintojai). Pagrindinį tokiu būdu susidarančių organinių medžiagų kiekį sukuria žalieji augalai. Saulės energijos, kurią jie sugeria, pavertimo organinių medžiagų cheminių ryšių energija efektyvumas yra vidutiniškai 1%. Šis modelis vadinamas 1% taisyklės. Pirminė gamyba yra labai svarbi ekosistemos savybė. Būtent jame sukaupta energija leidžia egzistuoti ir kurti savo produktus visiems heterotrofiniams organizmams (vartotojams ir skaidytojams).

Antriniai produktai- heterotrofinių organizmų (vartotojų ir skaidytojų) sukurta biomasė iš organinių medžiagų po jos dalinio suirimo.

Tiek pirminė, tiek antrinė trofinių lygių gamyba pievų grandinėse gali būti naudojama įvairiems tikslams. Visi pirminiai gaminiai, kuriuos gamintojai sukuria fotosintezės metu, vadinami bendrosios pirminės gamybos(kilimo ir tūpimo takas). Tai vienintelis energijos šaltinis vartotojams. Ta dalis ankstesnio trofinio lygio produkcijos, kurią suvartoja vėlesnio trofinio lygio organizmai, sutartinai vadinama pašarų(Į). Dalį maisto kiekviename trofiniame lygmenyje organizmai išleidžia gyvybiniams procesams palaikyti – išlaidų kvėpavimui(TD). O antroji jo dalis, dalinai suskaidžius, naudojama vartotojų biomasei formuoti - antriniai produktai(VTP). Gamintojų produktai, kuriuos gali valgyti pirmos eilės vartotojai, vadinami gryna pirminė gamyba(NWP).

Tačiau ne visi produktai, pagaminti trofiniu lygiu, perkeliami į kitą lygį kaip pašarai. Dalis jo, kaip taisyklė, lieka trofiniame lygyje kaip rezervas - nepanaudotų produktų(NP). Visų ekosistemos trofinių lygių nepanaudotos produkcijos visuma sudaro grynąją bendruomenės produkciją.

Grynieji bendruomenės produktai(NPV) yra ekosistemos produkcijos dalis, kuri gali būti naudojama pačioje ekosistemoje jos vystymuisi. Jį taip pat gali pašalinti žmonės, nepakenkdami ekosistemai. Jaunose ekosistemose, kur vartotojų skaičius dar mažas, bendrijos grynosios produkcijos pasiūla yra didelė. Tokios ekosistemos gali būti įtrauktos į ekonominę apyvartą. Kadangi ekosistemos rūšių sudėtis tampa sudėtingesnė, bendrijos grynosios produkcijos kiekis palaipsniui mažėja. Paskutiniame ekosistemos vystymosi etape jis artėja prie nulio. Kišimasis į tokias pusiausvyros ekosistemas sutrikdo maisto ryšius tarp organizmų ir gali sukelti ekosistemų sunaikinimą.

Paskirstant pirminius ir antrinius produktus trofiniuose ekosistemos lygiuose, balanso lygybė. Tai reiškia, kad kiekviename trofiniame lygyje visų rūšių produktų suma yra lygi produktų, gautų iš ankstesnio lygio kaip maistas, kiekiui. Sprendžiant pusiausvyros lygybės problemas, reikia atsižvelgti į šiuos produktų tipų pasiskirstymo ekosistemoje modelius:

1. bendroji pirminė gamyba (GPP) = išlaidos kvėpavimui (TD I) + grynoji pirminė gamyba (AE);
2. grynoji pirminė gamyba (AE) = nepanaudoti produktai (NP I) + pašarai (K II);
3. pašaras (K II) = išlaidos kvėpavimui (TD II) + antrinė gamyba (WTP II);
4. antriniai produktai (VP ​​II) = nepanaudoti produktai (NP II) + pašarai (K III) ir kt.;
5. grynoji bendruomenės produkcija (AE) = nepanaudota produkcija (NP I) + nepanaudota produkcija (NP II) + … + nepanaudota produkcija (NP n).

Romėniškas skaitmuo apatiniame indekse nurodo trofinio lygio skaičių maisto grandinėje.

Ekosistemoje vyksta nuolatinė medžiagų cirkuliacija ir kryptingas energijos srautas. Dėl to susidaro organizmų biomasė. Biomasės atsinaujinimo greitis vadinamas biologiniu produktyvumu. Jis išreiškiamas produkcijos kiekiu – ploto vienetui arba tūrio vienetui per laiko vienetą susidariusia biomase. Yra pirminiai ir antriniai produktai. Visi nepanaudoti produktai vadinami neto bendruomenės produktais.

Biocenozės gyvybės procese susidaro ir suvartojama organinė medžiaga, t.y. atitinkama ekosistema turi tam tikrą biomasės produktyvumą. Biomasė matuojama masės vienetais arba išreiškiama kaip audiniuose sukauptos energijos kiekis.

Sąvokos „gamyba“ ir „produktyvumas“ ekologijoje (kaip ir biologijoje) turi skirtingas reikšmes.

Produktyvumas yra biomasės gamybos greitis per laiko vienetą, kurio negalima pasverti, o galima apskaičiuoti tik energijos arba organinių medžiagų akumuliacijos vienetais. Yu Odum pasiūlė naudoti terminą „gamybos greitis“ kaip termino „produktyvumas“ sinonimą.

Ekosistemos produktyvumas rodo jos „turtingumą“. Turtinga arba produktyvi bendruomenė turi daugiau organizmų nei mažiau produktyvi bendruomenė, nors kartais būna atvirkščiai, kai organizmai iš produktyvios bendruomenės pašalinami arba „apverčiami“ greičiau. Taigi vešlios žolės derlius iš turtingos ganyklos, kurią suėda gyvuliai, gali būti daug mažesnis nei iš mažiau produktyvios ganyklos, į kurią nebuvo išvaryti gyvuliai.

Taip pat yra skirtumas tarp esamo ir bendrojo našumo. Pavyzdžiui, tam tikromis sąlygomis 1 hektaras pušyno per savo gyvavimo ir augimo laikotarpį gali pagaminti 200 m 3 medienos masės – tai yra bendras jo produktyvumas. Tačiau per vienerius metus šiame miške pagaminama tik apie 2 m 3 medienos, tai yra dabartinis produktyvumas arba metinis prieaugis.

Kai vienus organizmus valgo kiti, maistas (medžiaga ir energija) pereina iš vieno trofinio lygio į kitą. Nesuvirškinta maisto dalis išmetama. Gyvūnai, turintys virškinimo kanalus, išskiria išmatas (ekskrementus) ir galutines organines medžiagų apykaitos atliekas (ekskretus), pvz., karbamidą; abiem atvejais yra tam tikras energijos kiekis. Ir gyvūnai, ir augalai praranda dalį energijos kvėpuodami.

Energiją, likusią po nuostolių dėl kvėpavimo, virškinimo, išskyrimo, organizmai naudoja augimui, dauginimuisi ir gyvybiniams procesams (raumenų darbui, šiltakraujų gyvūnų temperatūros palaikymui ir kt.). Energijos sąnaudos termoreguliacijai priklauso nuo klimato sąlygų ir metų laiko skirtumai tarp homeoterminių ir poikiloterminių gyvūnų yra ypač dideli. Šiltakraujai gyvūnai, įgiję pranašumą nepalankiomis ir nestabiliomis aplinkos sąlygomis, prarado produktyvumą.

Gyvūnų energijos suvartojimas nustatomas pagal lygtį

AUGIMAS + KĖPAVIMAS (GYVENIMO VEIKLA) + REPRODUKCIJA +

IŠMATOS + IŠSKIRTA = SUVARTOTAS MAISTAS.

Apskritai žolėdžiai maistą metabolizuoja beveik perpus efektyviau nei mėsėdžiai. Tai paaiškinama tuo, kad augaluose yra daug celiuliozės, o kartais ir medienos (įskaitant celiuliozę ir ligniną), kuri yra blogai virškinama ir negali būti energijos šaltinis daugumai žolėdžių. Ekskrementuose ir ekskrementuose esanti energija perduodama detritivoriams ir skaidytojams, todėl ji neprarandama visai ekosistemai.

Ūkiniai gyvūnai visada, net ir laikomi ganykloje ganykloje, pasižymi didesniu produktyvumu, t. y. galimybe efektyviau panaudoti sunaudotus pašarus gaminant produktus. Pagrindinė priežastis yra ta, kad šie gyvūnai yra atleidžiami nuo nemažos dalies energijos sąnaudų, susijusių su maisto paieška, apsauga nuo priešų, blogo oro ir kt.

Pirminis ekosistemos, bendruomenės ar bet kurios jos dalies produktyvumas apibrėžiamas kaip greitis, kuriuo saulės energiją absorbuoja gaminantys organizmai (daugiausia žali augalai) fotosintezės arba cheminės sintezės metu (chemoprodukatoriai). Ši energija materializuojasi organinių medžiagų pavidalu gamintojų audiniuose.

Organinių medžiagų gamybos procese įprasta išskirti keturis nuoseklius etapus (arba etapus):

bendrasis pirminis našumas - bendras gamintojų organinių medžiagų kaupimosi greitis (fotosintezės greitis), įskaitant tas, kurios buvo išleistos kvėpavimui ir sekrecijos funkcijoms. Apytiksliai 20 % savo pagaminamos cheminės energijos augalai išleidžia gyvybiniams procesams;

grynasis pirminis našumas - organinių medžiagų kaupimosi greitis atėmus suvartotas kvėpavimo ir sekrecijos metu tiriamuoju laikotarpiu. Šią energiją gali panaudoti šių trofinių lygių organizmai;

grynasis bendruomenės produktyvumas – bendras organinių medžiagų, likusių po heterotrofų - vartotojų suvartojimo, susikaupimo greitis (grynoji pirminė produkcija atėmus heterotrofų suvartojimą). Paprastai jis matuojamas per tam tikrą laikotarpį, pavyzdžiui, augalų augimo ir vystymosi sezoną arba visus metus;

antrinis produktyvumas - vartotojų energijos kaupimo greitis. Jis neskirstomas į „gruntą“ ir „gryną“, nes vartotojai vartoja tik anksčiau sukurtas (paruoštas) maistines medžiagas, išleisdami jas kvėpavimo ir sekrecijos poreikiams, o likusią dalį paversdami savo audiniais. Kiekvienais metais sausumoje augalai pagamina 1,7 10 11 tonų biomasės, atitinkančios 3,2 10 18 kJ energijos – tai grynasis pirminis produktyvumas. Tačiau atsižvelgiant į laiką, praleistą kvėpuojant, sausumos augmenijos bendrasis pirminis produktyvumas (darbingumas) yra apie 4,2 10 18 kJ.

Pagrindinių ekosistemų pirminio ir antrinio produktyvumo rodikliai pateikti lentelėje. 8.1.

8.1 lentelė. Pirminis ir antrinis Žemės ekosistemų produktyvumas (pagal N. F. Reimersą)

Pirminė heterotrofų gamyba, o žmonės yra vienas iš jų, sudaro daugiausia 4% visos saulės energijos, pasiekiančios Žemės paviršių. Kadangi energija prarandama kiekviename trofiniame lygyje, efektyviausias būdas visaėdžiams organizmams (taip pat ir žmonėms) gauti energijos yra augalinio maisto vartojimas (vegetarizmas). Tačiau taip pat reikia atsižvelgti į šiuos dalykus:

Gyvūninės kilmės baltymuose yra daugiau nepakeičiamų aminorūgščių ir tik kai kurių ankštinių augalų (pavyzdžiui, sojos) jų vertė yra artima;

Augaliniai baltymai yra sunkiau virškinami nei gyvuliniai, nes pirmiausia reikia sunaikinti kietąsias ląstelių sieneles;

Daugelyje ekosistemų gyvūnai maisto gauna dideliame plote, kuriame neapsimoka auginti javų (tai nederlingos žemės, kuriose ganosi avys ar šiaurės elniai).

Taigi, žmogaus organizme kasdien (su šlapimu) iš organizmo pasišalina ir vėl susintetinama apie 8 % baltymų. Norint tinkamai maitintis, būtinas subalansuotas aminorūgščių tiekimas, panašus į tas, kurios yra gyvūnų audiniuose.

Nesant jokios žmogaus organizmui svarbios aminorūgšties (pavyzdžiui, grūduose), metabolizmo metu pasisavinama mažesnė baltymų dalis. Dietoje derinant ankštines ir grūdines kultūras, baltymai pasisavinami geriau, nei vartojant bet kurį maistą atskirai.

Derlingesniuose pakrančių vandenyse gamyba apsiriboja viršutiniu maždaug 30 m storio vandens sluoksniu, o švaresniuose, bet skurdesniuose atviros jūros vandenyse pirminės gamybos zona gali išsiplėsti iki 100 m ir žemiau. Todėl pakrančių vandenys atrodo tamsiai žali, o vandenyno vandenys – mėlyni. Visuose vandenyse fotosintezės pikas būna vandens sluoksnyje, esančiame tiesiai po paviršiniu sluoksniu, nes vandenyje cirkuliuojantis fitoplanktonas yra prisitaikęs prie prieblandos apšvietimo, o ryški saulės šviesa slopina jo gyvybės procesus.

Susijusi informacija.