Bir ekosistemin birincil verimliliği. Ekosistem Verimliliği

Canlı organizmaların yeni biyokütle oluşturma yeteneğine denir. üretkenlik . Birim alan başına birim zamandaki biyokütle oluşum oranına denir. ürünler . Biyolojik ürünler, günde 1 m2 başına joule, günde 1 m2 başına kalori, yılda 1 hektar başına kilogram cinsinden ifade edilir.

Bir bitkinin birim zamanda oluşturduğu organik kütleye denir. birincil üretim . Brüt birincil üretim Bir ekosistemde ototrofların ürettiği toplam madde ve enerji miktarına denir. Net birincil üretim – Solunum maliyetleri düşüldükten sonra bitki dokularında organik madde birikme oranı. Tüketiciler yalnızca saf birincil ürünleri kullanabilir.

İkincil ürünler ekosistemlerde tüketiciler tarafından oluşturulur. Bir topluluğun ikincil üretimi her zaman birincil üretimden daha azdır. Biyolojik üretim piramidi kuralına göre, önceki her trofik seviyede, birim zaman başına yaratılan biyokütle miktarı bir sonraki seviyeden daha fazladır.

6.4. Homeostaz ve Ekosistem Dinamiği

Ekosistemlerde meydana gelen süreçlerin kararlılığı ve dengesi, bunların genel olarak bir durumla karakterize edildiğini ifade etmemizi sağlar. homeostazis kendilerini oluşturan popülasyonlar ve her canlı organizma gibi. Ekosistemlerdeki habitatın istikrarsızlığı biyosenotik adaptif mekanizmalarla telafi edilir.

Ekosistemlerin istikrarsızlığının temel nedeni: Maddelerin dolaşımındaki dengesizliktir. Biyosenoz nedeniyle ana kütle türlerinin kaybı, biyosenozun tahrip olmasına, biyosinozun değişmesine yol açar.

Ekolojik çoğaltma kuralı: Ekolojik piramidin bir seviyesinde nesli tükenmekte olan veya yok edilen bir canlı türünün, işlevsel olarak biyosenotik olarak benzer olan başka bir türün yerini alması. En istikrarlı ekosistemler tür çeşitliliğinin yüksek olduğu ekosistemlerdir; uzmanlaşmamış türlerin varlığı; komşu ekosistemlerden göreceli izolasyon; büyük biyokütle; çok sayıda güç devresi.

Ekosistem parametreleri, tüm biyolojik nesneler gibi periyodik döngüsel değişikliklere maruz kalır: günlük ve mevsimsel dalgalanmalar. Dalgalanmalar– 10 yıldan daha kısa bir döngüye sahip, ekosistemlerde kısa vadeli, geri döndürülebilir değişiklikler. Bu dinamiklerle ekosistemin bütünlük ve işlevsel istikrar da dahil olmak üzere temel özelliklerinin korunması karakteristiktir.

Süksesyon sırasında ekosistemlerin işlevsel özellikleri belirli bir yönde değişir. Veraset çevrenin belirli bir bölgesinde bir topluluğun diğeriyle tutarlı ve yönlendirilmiş bir şekilde değiştirilmesidir.

Ardıllığın başlamasının nedeni, habitatın temel özelliklerindeki değişikliklerdir: volkanik patlamalar, yangınlar, orman alanlarının temizlenmesi, bozkır alanlarının sürülmesi, açık ocak madenciliği, gölet ve rezervuarların oluşturulması.

Veraset serisi– birbirini değiştiren bir biyosenoz zinciri. Veraset işlemleri belirli zaman aralıklarında gerçekleşir. Çoğu zaman, bu yıllar veya onyıllardır, ancak aynı zamanda topluluklarda, örneğin geçici rezervuarlarda çok hızlı değişiklikler ve çok yavaş değişiklikler de vardır; Dünya'daki evrimle ilişkili ekosistemlerde kalıcı değişiklikler.

Süksesyon dizisinde olgunlaşmamış (orta) ve olgun topluluklar ayırt edilir. Olgunlaşmamış topluluklar karakterize edilenler: istikrarsızlık; sınırlı sayıda tür; basit güç devreleri; aşırı bitki ürünleri. Olgun topluluklar şu özelliklerle karakterize edilir: kararlılık; tür çeşitliliği; karmaşık güç devreleri; toplam biyokütle ve üretimde artış. Olgun topluluklar, belirli bir bölgenin hakim iklim koşullarının karmaşıklığına en iyi uyum sağlayanlardır.

Genel niteliklerine göre, ardıllıklar birincil ve ikincil olarak ayrılır. Birincil veraset topraktan yoksun kaya üzerinde başlar; daha önce ototrofların bulunmadığı yüzeyler (çıplak kayaların likenlerle aşırı büyümesi, tahılların dağ kumullarına yerleşmesi). İkincil ardıllıklar yangından, selden, ormansızlaşmadan vb. önce belirli bir yerde daha önce var olan bir canlı organizma kompleksinin aktivitesiyle başlangıçta değiştirilmiş bir alt tabaka üzerinde gelişir (bir gölün bataklığa dönüşümü, bir bataklığın ıslak bir çayıra dönüştürülmesi) , çayırın ormanla değiştirilmesi, huş ağacı ormanının meşe ormanı ile değiştirilmesi, terk edilmiş bir alanda ormanların geliştirilmesi).

Kendini kontrol etmeye yönelik sorular

1) Hangi kavram daha geniştir, biyojeosinoz mu yoksa ekosistem mi?

Birincil ve ikincil ürünler. Ekosistemlerin en önemli özelliklerinden biri de organik madde oluşturma yeteneğidir. ürünler. Ekosistem Verimliliği birim alan (metrekare, hektar) veya hacim (su ekosistemlerinde) başına birim zamandaki (saat, gün, yıl) üretim oluşma oranıdır. Üreticilerin birim zamanda yarattığı organik kütleye denir. birincil ürünler topluluklar. Bölünmüştür brüt Ve temizürünler. Brüt birincil üretim Belirli bir fotosentez hızında bitkilerin birim zamanda yarattığı organik madde miktarıdır. Bu üretimin bir kısmı bitkilerin yaşamsal faaliyetlerinin sürdürülmesine (solunum harcamalarına) gider. Ilıman ve tropik ormanlarda bitkiler brüt üretimlerinin %40 ila %70'ini solunuma harcarlar. Yaratılan organik kütlenin geri kalan kısmı şunları karakterize eder: saf birincil üretim, bitki büyüme miktarını temsil eder. Besin zincirlerinde işlenerek heterotrofik organizmaların kütlesini yenilemek için kullanılır.

İkincil ürünler birim zaman başına tüketici kitlesindeki artıştır. Her trofik seviye için ayrı ayrı hesaplanır. Tüketiciler toplumun net birincil üretimiyle geçinmektedir. Farklı ekosistemlerde onu farklı bütünlükte tüketirler. Besin zincirlerinden birincil ürünlerin uzaklaştırılma hızı bitki büyüme hızının gerisinde kalırsa, bu durum üreticilerin biyokütlesinde kademeli bir artışa yol açar. Biyokütle belirli bir grubun veya bir bütün olarak tüm topluluğun organizmalarının toplam kütlesidir. Dengeli bir madde döngüsüne sahip istikrarlı topluluklarda, tüm ürünler besin zincirlerinde harcanır ve biyokütle sabit kalır.

Ekosistemlerin ürünleri ve biyokütlesi yalnızca gıda için kullanılan bir kaynak değildir; ekosistemlerin çevreyi oluşturan ve çevreyi dengeleyici rolü doğrudan şu göstergelere bağlıdır: bitkiler tarafından karbondioksit emiliminin ve oksijen salınımının yoğunluğu, su dengesinin düzenlenmesi. bölgelerin seçimi, gürültü sönümleme vb. Ölü organik madde de dahil olmak üzere biyokütle, karadaki karbon konsantrasyonunun ana deposudur. Teorik olarak tahmin edilen birincil biyolojik ürünlerin yaratılma oranı, bitkilerin fotosentetik aparatlarının yetenekleri ile belirlenir. Bilindiği gibi güneş ışınımının yalnızca %44'ü fotosentez için uygun dalga boyu olan fotosentetik olarak aktif ışınımdır (PAR). Doğada elde edilen maksimum fotosentez verimliliği, PAR enerjisinin %10-12'sidir; bu, teorik olarak mümkün olanın yaklaşık yarısıdır. En uygun koşullarda kutlanır. Genel olarak dünya genelinde güneş enerjisinin bitkiler tarafından emilmesi %0,1'i geçmez, çünkü bitkilerin fotosentetik aktivitesi birçok faktör tarafından sınırlanır: ısı ve nem eksikliği, elverişsiz toprak koşulları vb. Bitki örtüsü verimliliği yalnızca bir iklim bölgesinden diğerine geçiş sırasında değil, aynı zamanda her bölge içinde de değişir (Tablo 2.) Rusya topraklarında, yeterli nemli bölgelerde, sıcaklığın artmasıyla birlikte birincil verimlilik kuzeyden güneye doğru artar. akış ve büyüme mevsiminin süresi. Bitki örtüsünün yıllık büyümesi Arktik Okyanusu kıyısında 20 c/ha ile Kafkasya'nın Karadeniz kıyısında 200 c/ha arasında değişmektedir. Bitki kütlesindeki en büyük artış, bitkilerin su, ışık ve minerallerle zengin bir şekilde beslenmesi ile çok uygun koşullar altında günde ortalama 25 g/m2'ye ulaşır. Geniş alanlarda bitki verimliliği 0,1 g/m2'yi aşmaz: Sıcak ve kutup çöllerinde ve alg besinlerinin aşırı eksik olduğu okyanusların geniş iç alanlarında.

Tablo 2

Başlıca ekosistem türlerinin biyokütlesi ve birincil üretkenliği

(T.A. Akimova'ya göre, V.V. Khaskin, 1994)

Dünyanın beş kıtasında ekosistemlerin ortalama üretkenliği nispeten az değişiklik göstermektedir (yılda 82-103 c/ha). Bunun istisnası, çoğunda bitki örtüsü koşullarının çok uygun olduğu Güney Amerika'dır (yılda 209 c/ha).

Dünyadaki toplam yıllık kuru organik madde üretimi 150-200 milyar tondur. Bunun üçte birinden fazlası okyanuslarda, üçte ikisi ise karada oluşuyor.

Dünyanın net birincil üretiminin neredeyse tamamı, tüm heterotrofik organizmaların yaşamını desteklemeye hizmet ediyor. İnsan beslenmesi temel olarak arazi alanının yaklaşık %10'unu kaplayan tarımsal ürünlerle sağlanmaktadır. Tarım alanları, rasyonel kullanım ve ürün dağıtımıyla, gezegenin nüfusunun yaklaşık iki katı için mevcut nüfusun bitkisel besinini sağlayabilir. Nüfusa ikincil ürünler sağlamak daha zordur. Hayvancılık ürünleri ve karada ve okyanusta balıkçılığın sonuçları da dahil olmak üzere, Dünya üzerinde mevcut olan kaynaklar, her yıl Dünya'nın modern nüfusunun ihtiyaçlarının %50'sinden azını karşılayabilmektedir. Sonuç olarak, dünya nüfusunun büyük bir kısmı kronik protein açlığı durumundadır. Bu bakımdan ekosistemlerin biyolojik verimliliğinin ve özellikle ikincil ürünlerin arttırılması insanlığın en önemli görevlerinden biridir.

Ekolojik piramitler. Her ekosistemin belirli bir trofik yapısı vardır; bu yapı, her trofik seviyedeki bireylerin sayısıyla, biyokütleleriyle veya sonraki her trofik seviyede birim zaman başına birim alan başına kaydedilen enerji miktarıyla ifade edilebilir. Grafiksel olarak, bu genellikle tabanı ilk trofik seviye olan ve sonrakiler piramidin tabanlarını ve tepesini oluşturan bir piramit olarak temsil edilir.

Pirinç. 17. Nüfus piramidinin basitleştirilmiş diyagramı (G.A. Novikov, 1979'a göre)

Üç ana ekolojik piramit türü vardır: sayılar, biyokütle ve üretim (veya enerji).

Sayı piramidi Bireylerin trofik düzeylere dağılımını yansıtır. Enerji aktarımının esas olarak avcı-av bağlantıları yoluyla gerçekleştiği trofik zincirlerde genellikle aşağıdaki kuralın takip edildiği tespit edilmiştir: Besin zincirindeki her bir sonraki trofik seviyedeki toplam birey sayısı azalır(Şekil 17).

Bu, yırtıcı hayvanların genellikle avlarından daha büyük olması ve bir yırtıcı hayvanın yaşamını sürdürmek için birden fazla kurbana ihtiyaç duymasıyla açıklanmaktadır. Örneğin bir aslanın yılda 50 zebraya ihtiyacı vardır. Ancak bu kuralın istisnaları da vardır. Birlikte avlanan kurtlar kendilerinden daha büyük avları (örneğin geyikleri) öldürebilirler. Zehirli örümcekler ve yılanlar büyük hayvanları öldürür.

Biyokütle piramidi Her trofik seviyedeki organizmaların toplam kütlesini yansıtır. Çoğu karasal ekosistemde, bitkilerin toplam kütlesi tüm otçul organizmaların biyokütlesinden daha fazladır ve ikincisinin kütlesi de tüm yırtıcı hayvanların kütlesinden fazladır (Şekil 18).

			ZF

Mercan Kayalığı Yatağı Pelagial

Pirinç. 18. Bazı biyosinozlardaki biyokütle piramitleri (F. Dreux, 1976'ya göre):

P – üreticiler, RK – bitki tüketicileri, PC – etçil tüketiciler, F – fitoplankton, Z – zooplankton

Ana üreticilerin tek hücreli algler olduğu okyanuslarda ve denizlerde biyokütle piramidi ters bir görünüme sahiptir. Burada, tüm saf birincil üretim hızlı bir şekilde besin zincirine dahil olur, alg biyokütlesinin birikimi çok azdır ve tüketicileri çok daha büyük ve daha uzun bir yaşam beklentisine sahiptir, bu nedenle daha yüksek trofik seviyelerde biyokütle biriktirme eğilimi hakimdir.

Ürün Piramidi (Enerji) Besin zincirlerindeki enerji tüketimi yasalarını yansıttığı için bir topluluğun işlevsel organizasyonunun en eksiksiz resmini verir: Besin zincirinin sonraki her trofik seviyesinde organizmalarda bulunan enerji miktarı bir önceki seviyeye göre daha azdır.

Pirinç. 19. Ürün piramidi

Farklı trofik seviyelerde birim zamanda üretilen ürün miktarı, enerjinin karakteristik özelliği olan aynı kurala uyar: Besin zincirinin sonraki her seviyesinde, birim zaman başına yaratılan ürün miktarı bir öncekinden daha azdır. Bu kural evrenseldir ve her tür ekosistem için geçerlidir (Şekil 19). Enerji piramitleri asla baş aşağı durmaz.

Ekosistem üretkenliği yasalarının incelenmesi ve enerji akışını niceliksel olarak hesaba katma yeteneği, pratik açıdan son derece önemlidir, çünkü insanlar tarafından sömürülen tarımsal bitki türlerinin ve doğal toplulukların birincil üretimi, insanlık için ana gıda tedarik kaynağıdır. Çiftlik hayvanlarından elde edilen ikincil ürünler de daha az önemli değildir. Ekosistem üretkenliği ölçeğinde enerji akışının doğru hesaplamaları, içlerindeki maddelerin döngüsünü insanlara faydalı en yüksek ürün verimini sağlayacak şekilde düzenlemeyi mümkün kılar. Son olarak, bitki ve hayvan biyokütlesinin doğal sistemlerden uzaklaştırılmasına yönelik kabul edilebilir limitlerin, bunların üretkenliğini olumsuz etkilemeyecek şekilde iyi anlaşılması çok önemlidir.

Ekosistem VerimliliğiBir ekosistemin yaşam aktivitesi sırasında organik maddenin birikmesidir. Ekosistem verimliliği, birim alan ve birim zamanda oluşturulan organik madde miktarıyla ölçülür.

Birincil ve ikincil ürünlerin yaratıldığı farklı üretim seviyeleri vardır. Üreticilerin birim zamanda oluşturdukları organik kütleye denir. birincil ürünler ve birim zaman başına tüketici kitlesindeki artış ikincil ürünler.

Birincil üretim, brüt ve net üretim olmak üzere iki düzeye ayrılır. Brüt birincil üretim, solunum masrafları da dahil olmak üzere, belirli bir fotosentez hızında birim zamanda bir bitki tarafından oluşturulan toplam brüt organik madde kütlesidir.

Bitkiler brüt üretimlerinin %40 ila %70'ini solunuma harcarlar. Planktonik algler en az enerji harcayanlardır; kullanılan enerjinin yaklaşık %40'ını. Brüt üretimin "solunum için" harcanmayan kısmına net birincil üretim denir, bitki büyüme miktarını temsil eder ve tüketiciler ve ayrıştırıcılar tarafından tüketilen bu üründür.

Tüketiciler ve ayrıştırıcılar, yani ikincil üretim artık brüt ve net olarak bölünmüyor. tüm heterotroflar birincil üretim nedeniyle kütlelerini arttırırlar; önceden oluşturulmuş ürünleri kullanın.

İkincil üretim bir önceki seviyeden gelen enerji nedeniyle oluştuğu için her trofik seviye için ayrı ayrı hesaplanır.

Bir ekosistemin tüm canlı bileşenleri (üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar) oluşur toplam biyokütle (canlı ağırlık) bir bütün olarak topluluk veya onun bireysel parçaları, belirli organizma grupları. Biyokütle genellikle ıslak ve kuru ağırlık cinsinden ifade edilir, ancak aynı zamanda enerji birimleri (kalori, joule vb.) cinsinden de ifade edilebilir; bu, gelen enerji miktarı ile örneğin ortalama biyokütle arasındaki ilişkiyi tanımlamayı mümkün kılar. .

Biyolojik üretkenliğe göre ekosistemler 4 sınıfa ayrılır:

1. çok yüksek üretkenliğe sahip ekosistemler - >2 kg/m2yıllık (tropikal ormanlar, mercan resifleri);
2. yüksek verimli ekosistemler - yılda 1-2 kg/m2 (ıhlamur-meşe ormanları, göllerdeki kıyı çalılıkları veya sazlıklar, mısır mahsulleri ve sulama ve yüksek dozda gübre ile çok yıllık otlar);
3. orta düzeyde üretkenliğe sahip ekosistemler - 0,25-1 kg/m2yılda (çam ve huş ormanları, saman çayırları ve bozkırlar, su bitkileri ile büyümüş göller);
4. düşük verimliliğe sahip ekosistemler -< 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.

Bildiğiniz gibi bir ekosistemdeki maddeler tekrar tekrar kullanılarak dolaşım prensibine göre dönüşüme uğrar. Ayrıca canlı organizmalar maddelerin hareketine katılır, dolayısıyla maddelerin döngüsü biyojeniktir. Topraktan (su ve mineral tuzları) ve atmosferden (karbon dioksit) kimyasal elementlerin canlı organizmalara - üreticilere girmesiyle başlar. Üreticiler, bazıları besin zinciri boyunca tüketicilere aktarılan ve bazıları kullanılmadan kalan organik maddeleri sentezler. Üreticilerden ve tüketicilerden gelen bir miktar organik madde, ceset materyali ve dışkı (döküntü) ile birlikte toprağa geri döner. Ayrıştırıcıların faaliyeti sonucunda mineral maddelere dönüştürülürler ve atomları yine üreticiler tarafından döngüye çekilir. Ancak maddelerin döngüsü tamamen kapatılamaz. Bazı kimyasal elementlerin atomları, kireçtaşı (tebeşir), kömür, doğal gaz, petrol, turba ve çeşitli metal cevherlerinin bir parçası olarak litosferde birikerek döngüden uzun süre çıkarılabilir.

Bir ekosistemde enerjinin dönüşümü, maddelerin dönüşümünden biraz farklı şekilde ilerler. Ekosisteme giren güneş enerjisi akışı iki kanala bölünmüştür: otlak Ve zararlı. Her birinde organizmaların yaşamını sürdürmek için enerji harcanır. Mera ve döküntü zincirlerinden geçen enerji miktarının oranı farklı ekosistem türlerinde farklıdır. Besin zincirlerindeki enerji kaybı ancak yeni güneş enerjisi bölümlerinin veya hazır organik maddelerin (besleme enerjisi) alınmasıyla telafi edilebilir. Dolayısıyla bir ekosistemde madde döngüsüne benzer bir enerji döngüsü olamaz. Ekosistem yalnızca yönlendirilmiş enerji akışı nedeniyle çalışır.

Maddenin tekrar tekrar kullanılması ve sürekli enerji akışı sayesinde ekosistemler uzun süre istikrarlı bir varlık sürdürebilmektedir. Biyosferdeki madde tedariğinin sınırlı olmasına ve yenilenmemesine rağmen, buralarda yaşayan üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar biyokütlelerinin yenilenmesini sağlarlar. Bir ekosistemdeki organizmaların biyokütlesinin yenilenme hızına biyolojik verimlilik denir. Üretilen ürün miktarıyla ifade edilir.

Ekosistem üretimi, bir ekosistemde birim alan başına veya birim hacimdeki biyotop başına birim zamanda oluşan biyokütle miktarıdır.

Ekosistemler ürettikleri üretim miktarına göre büyük farklılıklar gösterir. Aşağıdaki sırayla azalır: tropik orman - subtropikal orman - ılıman orman - bozkır - okyanus - çöl.

Ortaya çıkan ürünler farklı ekosistemlerde farklı şekilde tüketilebilir. Tüketim oranı oluşum oranının gerisinde kalırsa, bu bir artışa yol açar ekosistem biyokütlesi ve aşırı döküntü birikimi. Sonuç olarak bataklıklarda turba oluşumu, küçük rezervuarların aşırı büyümesi, tayga ormanlarında çöp oluşması vb. meydana gelecektir. Sabit ekosistemlerde, ortaya çıkan ürünlerin neredeyse tamamı gıda ağlarında harcanmaktadır. Sonuç olarak ekosistemin biyokütlesi neredeyse sabit kalıyor.

Ekosistem biyokütlesi, belirli bir ekosistemde varlığının önceki döneminde biriken tüm canlı organizmaların toplam organik maddesi miktarıdır.

Ekosistem biyokütlesi, birim alan başına ıslak kütle veya kuru organik madde kütlesi birimleriyle ifade edilir: g/m2, kg/m2, kg/ha, t/km2 (karasal ekosistemler) veya birim hacim başına (su ekosistemleri).

Bir ekosistemin biyokütlesi ve biyolojik üretkenliği büyük ölçüde değişebilir. Örneğin, yoğun bir ormanda, organizmaların toplam biyokütlesi, yıllık üretim artışına kıyasla çok büyüktür. Oysa bir havuzda, fitoplanktonun küçük birikmiş biyokütlesi yüksek bir yenilenme oranına sahiptir; hızlı üreme nedeniyle ürünlerin oluşumu.

Birincil ve ikincil ürünler

Biyokütleyi yenilemek için hangi maddelerin ve enerjinin kullanıldığına bağlı olarak ekosistem aşağıdakilere ayrılır: öncelik Ve ikincil üretkenlik. Buna göre ortaya çıkan ürünlere birincil ve ikincil denir.

Birincil üretim- ototrofik organizmalar (üreticiler) tarafından foto veya kemosentez sürecinde mineral maddelerden oluşturulan biyokütle. Bu şekilde ortaya çıkan organik maddelerin büyük bir kısmı yeşil bitkiler tarafından oluşturulur. Emdikleri güneş enerjisini organik maddelerin kimyasal bağ enerjisine dönüştürme verimliliği ortalama %1'dir. Bu desen denir %1 kural. Birincil üretim bir ekosistemin çok önemli bir özelliğidir. Tüm heterotrofik organizmaların (tüketiciler ve ayrıştırıcılar) var olmasını ve ürünlerini yaratmasını sağlayan, içinde biriken enerjidir.

İkincil ürünler- Heterotrofik organizmalar (tüketiciler ve ayrıştırıcılar) tarafından kısmi parçalanma sonrasında organik maddeden oluşturulan biyokütle.

Çayır zincirlerinde trofik seviyelerde hem birincil hem de ikincil üretim farklı amaçlar için kullanılabilir. Üreticiler tarafından fotosentez sonucu oluşturulan tüm birincil ürünlere denir. brüt birincil üretim(pist). Tüketiciler için tek enerji kaynağıdır. Bir önceki trofik düzeydeki üretimin, sonraki trofik düzeydeki organizmalar tarafından tüketilen kısmına geleneksel olarak denir. beslemek(İLE). Her trofik seviyedeki yiyeceğin bir kısmı organizmalar tarafından hayati süreçleri sürdürmek için harcanır. nefes almaya harcamak(TD). Kısmi bölünmeden sonraki ikinci kısmı ise tüketici biyokütlesi oluşturmak için kullanılıyor. ikincil ürünler(VTP). Üreticilerin birinci dereceden tüketiciler tarafından yenilebilen ürünlerine denir. saf birincil üretim(NWP).

Ancak trofik düzeyde üretilen ürünlerin hepsi bir sonraki aşamaya yem olarak aktarılmamaktadır. Bir kısmı, kural olarak, rezerv olarak trofik düzeyde kalır - kullanılmayan ürünler(NP). Bir ekosistemin tüm trofik seviyelerindeki kullanılmayan üretimin toplamı, topluluğun net üretimini oluşturur.

Saf Topluluk Ürünleri(NPV), bir ekosistemin gelişimi için ekosistemin kendisinde kullanılabilecek ürünlerinin bir parçasıdır. Ayrıca ekosisteme zarar vermeden insanlar tarafından da ortadan kaldırılabilir. Tüketici sayısının hala az olduğu genç ekosistemlerde topluluğun net üretim arzı büyüktür. Bu tür ekosistemler ekonomik ciroya dahil olabilir. Bir ekosistemin tür bileşimi karmaşıklaştıkça topluluğun net üretim miktarı giderek azalır. Ekosistem gelişiminin son aşamasında sıfıra yaklaşır. Bu tür denge ekosistemlerine müdahale, organizmalar arasındaki gıda bağlantılarının bozulmasıyla doludur ve ekosistemlerin yok olmasına yol açabilir.

Birincil ve ikincil ürünleri ekosistemin trofik seviyelerine dağıtırken, bilanço eşitliği. Bu, her trofik seviyedeki tüm ürün türlerinin toplamının, bir önceki seviyeden gıda olarak alınan ürünlerin miktarına eşit olduğu anlamına gelir. Denge eşitliği sorunlarını çözerken, ekosistemdeki ürün türlerinin aşağıdaki dağılım modelleri dikkate alınmalıdır:

1. brüt birincil üretim (GPP) = nefes alma harcamaları (TD I) + net birincil üretim (NPP);
2. net birincil üretim (NPP) = kullanılmayan ürünler (NP I) + yem (K II);
3. yem (K II) = solunum harcamaları (TD II) + ikincil ürünler (WTP II);
4. ikincil ürünler (VP II) = kullanılmayan ürünler (NP II) + besleme (K III), vb.;
5. net topluluk üretimi (NPP) = kullanılmayan üretim (NP I) + kullanılmayan üretim (NP II) + … + kullanılmayan üretim (NP n).

Alt simgedeki Roma rakamı, besin zincirindeki trofik seviye sayısını gösterir.

Ekosistemde sürekli bir madde dolaşımı ve yönlendirilmiş bir enerji akışı vardır. Bu sayede organizmaların biyokütle oluşumu meydana gelir. Biyokütlenin yenilenme hızına biyolojik verimlilik denir. Birim alan başına veya birim zaman başına birim hacim başına oluşan üretim miktarı - biyokütle ile ifade edilir. Birincil ve ikincil ürünler var. Kullanılmayan tüm ürünlere net topluluk üretimi denir.

Biyosenozun yaşam aktivitesi sürecinde organik madde yaratılır ve tüketilir, yani. karşılık gelen ekosistem belirli bir biyokütle verimliliğine sahiptir. Biyokütle kütle birimi cinsinden ölçülür veya dokularda depolanan enerji miktarı olarak ifade edilir.

Ekolojide (biyolojide olduğu gibi) “üretim” ve “üretkenlik” kavramları farklı anlamlara sahiptir.

Verimlilik tartılamayan, yalnızca enerji birimi veya organik madde birikimi cinsinden hesaplanabilen, birim zaman başına biyokütle üretim oranıdır. Yu. Odum, "üretim hızı" teriminin "üretkenlik" teriminin eşanlamlısı olarak kullanılmasını önerdi.

Bir ekosistemin üretkenliği onun “zenginliğini” gösterir. Zengin veya üretken bir topluluk, daha az üretken bir topluluğa göre daha fazla organizmaya sahiptir, ancak bazen bunun tersi doğrudur; üretken bir topluluktaki organizmalar daha hızlı bir şekilde ortadan kaldırılır veya "devir edilir". Bu nedenle, çiftlik hayvanları tarafından yenen zengin bir meradan elde edilen ot hasadı, hiçbir hayvanın sürülmediği daha az verimli bir meradan elde edilenden çok daha az olabilir.

Mevcut ve genel üretkenlik arasında da bir ayrım vardır. Örneğin, bazı özel koşullarda, 1 hektar çam ormanı, var olduğu ve büyüdüğü süre boyunca 200 m3 odun kütlesi üretebilmektedir - bu onun toplam verimliliğidir. Bununla birlikte, bir yılda bu orman yalnızca yaklaşık 2 m 3 odun üretmektedir; bu, mevcut üretkenlik veya yıllık büyüme anlamına gelmektedir.

Bazı organizmalar diğerleri tarafından yenildiğinde, besin (madde ve enerji) bir trofik seviyeden diğerine geçer. Besinlerin sindirilmeyen kısmı atılır. Beslenme kanallarına sahip hayvanlar dışkı (dışkı) ve üre gibi nihai organik metabolik atıkları (dışkı) dışarı atar; her iki durumda da belirli miktarda enerji bulunur. Hem hayvanlar hem de bitkiler nefes alırken bir miktar enerji kaybederler.

Solunum, sindirim, boşaltım nedeniyle oluşan kayıplardan sonra kalan enerji, organizmalar tarafından büyüme, üreme ve yaşamsal süreçler (kas çalışması, sıcakkanlı hayvanların sıcaklığının korunması vb.) için kullanılır. Termoregülasyona ilişkin enerji harcaması iklim koşullarına ve yılın zamanına bağlıdır; homeotermik ve poikilotermik hayvanlar arasındaki farklar özellikle büyüktür. Olumsuz ve istikrarsız çevre koşullarında avantaj elde eden sıcakkanlı hayvanlar verimlerini kaybettiler.

Hayvanların enerji tüketimi denklemle belirlenir

BÜYÜME + SOLUNUM (YAŞAM AKTİVİTELERİ) + ÜREME +

DIŞKI + DIŞI = TÜKETİLEN GIDA.

Genel olarak otçullar, yiyecekleri etoburların neredeyse yarısı kadar verimli bir şekilde metabolize ederler. Bu durum, bitkilerin büyük miktarda selüloz ve bazen odun (selüloz ve lignin dahil) içermesi ve bunların zayıf bir şekilde sindirilmesi ve çoğu otçul için enerji kaynağı olarak hizmet edememesiyle açıklanmaktadır. Dışkı ve dışkıda bulunan enerji, kirleticilere ve ayrıştırıcılara aktarılır, böylece bir bütün olarak ekosistemde kaybolmaz.

Çiftlik hayvanları, mera üzerinde tutulsalar bile her zaman daha yüksek verimlilikle, yani ürün oluşturmak için tüketilen yemi daha verimli kullanma becerisiyle karakterize edilir. Bunun temel nedeni, bu hayvanların yiyecek arama, düşmanlardan korunma, kötü hava koşulları vb. ile ilgili enerji maliyetlerinin önemli bir kısmından kurtulmuş olmalarıdır.

Bir ekosistemin, topluluğun veya herhangi bir bölümünün birincil üretkenliği, fotosentez veya kimyasal sentez (kemoprodüktörler) sırasında güneş enerjisinin üretici organizmalar (çoğunlukla yeşil bitkiler) tarafından emilme hızı olarak tanımlanır. Bu enerji, üreticilerin dokularında organik maddeler halinde gerçekleşir.

Organik madde üretim sürecinde birbirini takip eden dört adımı (veya aşamayı) ayırt etmek gelenekseldir:

brüt birincil verimlilik - Solunum ve salgılama işlevlerine harcananlar da dahil olmak üzere, üreticiler tarafından organik maddelerin toplam birikim oranı (fotosentez hızı). Bitkiler ürettikleri kimyasal enerjinin yaklaşık %20'sini yaşamsal süreçlere harcarlar;

net birincil verimlilik - Organik maddelerin birikim oranı, incelenen dönem boyunca solunum ve salgılama sırasında tüketilenler hariç. Bu enerji aşağıdaki trofik seviyelerdeki organizmalar tarafından kullanılabilir;

net topluluk üretkenliği - heterotroflar - tüketiciler tarafından tüketildikten sonra kalan organik maddelerin toplam birikim oranı (net birincil üretim eksi heterotrofların tüketimi). Genellikle bir dönem boyunca, örneğin bitki büyümesi ve gelişiminin büyüme mevsimi veya bir bütün olarak yıl boyunca ölçülür;

ikincil üretkenlik - Tüketicilerin enerji biriktirme oranı. Tüketiciler yalnızca önceden oluşturulmuş (hazır) besinleri tüketip bunları solunum ve salgı ihtiyaçları için harcayıp geri kalanını kendi dokularına dönüştürdüğü için “brüt” ve “saf” olarak bölünmez. Bitkiler her yıl karada, kuru madde açısından 3,2 10 18 kJ enerjiye eşdeğer 1,7 10 11 ton biyokütle üretir - bu net birincil üretkenliktir. Ancak solunum için harcanan süre dikkate alındığında karasal bitki örtüsünün brüt birincil üretkenliği (çalışma kapasitesi) yaklaşık 4,2 10 18 kJ'dir.

Ana ekosistemler için birincil ve ikincil üretkenlik göstergeleri Tablo'da verilmektedir. 8.1.

Tablo 8.1. Dünya ekosistemlerinin birincil ve ikincil üretkenliği (N. F. Reimers'a göre)

Heterotrofların kullanabileceği birincil üretim ve insanlar da bunlardan biri, Dünya yüzeyine ulaşan toplam güneş enerjisinin maksimum %4'üne tekabül ediyor. Her trofik seviyede enerji kaybedildiğinden, omnivor organizmaların (insanlar da dahil) enerji elde etmesinin en etkili yolu bitkisel besinleri tüketmek (vejetaryenlik). Ancak aşağıdaki hususların da dikkate alınması gerekir:

Hayvansal protein daha fazla esansiyel amino asit içerir ve değer olarak yalnızca bazı baklagiller (örneğin soya) ona yaklaşabilir;

Bitkisel proteinin sindirimi hayvansal proteine ​​göre daha zordur, çünkü öncelikle sert hücre duvarlarının yok edilmesi gerekir;

Bazı ekosistemlerde hayvanlar, ürün yetiştirmenin karlı olmadığı geniş bir alandan yiyecek elde eder (bunlar koyunların veya ren geyiklerinin otladığı verimsiz topraklardır).

Böylece insanlarda proteinlerin yaklaşık %8'i günlük olarak (idrarla) vücuttan atılır ve yeniden sentezlenir. Doğru beslenme için hayvan dokularında bulunanlara benzer amino asitlerin dengeli bir şekilde sağlanması gerekir.

İnsan vücudu için önemli olan herhangi bir amino asidin yokluğunda (örneğin tahıllarda), metabolizma sırasında proteinlerin daha küçük bir kısmı emilir. Baklagilleri ve tahılları diyetinizde birleştirmek, her iki yiyeceği ayrı ayrı yemekten daha iyi protein kullanımı sağlar.

Daha verimli kıyı sularında üretim, yaklaşık 30 m kalınlığındaki üst su katmanıyla sınırlıdır ve açık denizin daha temiz ancak daha fakir sularında, birincil üretim bölgesi, iç kesimlerde 100 m ve altına kadar uzanabilir. Bu nedenle kıyı suları koyu yeşil, okyanus suları ise mavi görünür. Suda dolaşan fitoplankton alacakaranlık aydınlatmasına adapte olduğundan ve parlak güneş ışığı yaşam süreçlerini engellediğinden, tüm sularda fotosentezin zirvesi, yüzey katmanının hemen altında bulunan su katmanında meydana gelir.

İlgili bilgiler.