ეკოსისტემის ბიოლოგიური პროდუქტიულობა

2024 ავტორი: Henry Conors | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-02-12 09:37

ყოველწლიურად ადამიანები უფრო და უფრო ამცირებენ პლანეტის რესურსებს. გასაკვირი არ არის, რომ ბოლო დროს დიდი მნიშვნელობა ენიჭება იმის შეფასებას, თუ რამდენ რესურსს შეუძლია უზრუნველყოს კონკრეტული ბიოცენოზი. დღეს, ეკოსისტემის პროდუქტიულობას გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს მართვის გზის არჩევისას, რადგან სამუშაოს ეკონომიკური მიზანშეწონილობა პირდაპირ დამოკიდებულია წარმოების რაოდენობაზე, რომლის მიღებაც შესაძლებელია.

აქ არის ძირითადი კითხვები, რომლებსაც დღეს მეცნიერები აწყდებიან:

• რამდენი მზის ენერგიაა ხელმისაწვდომი და რამდენს ითვისებენ მცენარეები, როგორ იზომება?
• რომელი ტიპის ეკოსისტემებია ყველაზე პროდუქტიული და აწარმოებენ ყველაზე პირველადი წარმოებას?
• რა ფაქტორები ზღუდავს პირველადი წარმოებას ადგილობრივ და გლობალურად?
• რა ეფექტურობით გარდაქმნის მცენარეები ენერგიას?
• რა განსხვავებაა ეფექტურობას შორისასიმილაცია, სუფთა წარმოება და გარემოს ეფექტურობა?
• რით განსხვავდება ეკოსისტემები ბიომასის რაოდენობით ან ავტოტროფული ორგანიზმების მოცულობით?
• რამდენი ენერგიაა ხელმისაწვდომი ადამიანებისთვის და რამდენს ვიყენებთ?

შევეცდებით ნაწილობრივ მაინც ვუპასუხოთ მათ ამ სტატიის ფარგლებში. პირველ რიგში, მოდით გაუმკლავდეთ ძირითად ცნებებს. ასე რომ, ეკოსისტემის პროდუქტიულობა არის ორგანული ნივთიერებების გარკვეულ მოცულობაში დაგროვების პროცესი. რა ორგანიზმები არიან პასუხისმგებელი ამ სამუშაოზე?

ავტოტროფები და ჰეტეროტროფები

ჩვენ ვიცით, რომ ზოგიერთ ორგანიზმს შეუძლია ორგანული მოლეკულების სინთეზირება არაორგანული წინამორბედებისგან. მათ ავტოტროფებს უწოდებენ, რაც ნიშნავს "თვით კვებას". სინამდვილეში, ეკოსისტემების პროდუქტიულობა დამოკიდებულია მათ საქმიანობაზე. ავტოტროფებს ასევე მოიხსენიებენ, როგორც პირველად მწარმოებლებს. ორგანიზმები, რომლებსაც შეუძლიათ რთული ორგანული მოლეკულების წარმოქმნა მარტივი არაორგანული ნივთიერებებისგან (წყალი, CO2) ყველაზე ხშირად მცენარეთა კლასს მიეკუთვნებიან, მაგრამ ზოგიერთ ბაქტერიას აქვს იგივე უნარი. პროცესს, რომლითაც ისინი ახდენენ ორგანულ ნივთიერებებს, ეწოდება ფოტოქიმიური სინთეზი. როგორც სახელი გვთავაზობს, ფოტოსინთეზს მზის შუქი სჭირდება.

ჩვენ ასევე უნდა აღვნიშნოთ გზა, რომელიც ცნობილია როგორც ქიმიოსინთეზი. ზოგიერთ ავტოტროფს, ძირითადად სპეციალიზებულ ბაქტერიას, შეუძლია არაორგანული საკვები ნივთიერებების ორგანულ ნაერთებად გარდაქმნა მზის სხივების წვდომის გარეშე. არსებობს ქიმიოსინთეზის რამდენიმე ჯგუფიბაქტერიები ზღვაში და მტკნარ წყალში და ისინი განსაკუთრებით ხშირია წყალბადის სულფიდის ან გოგირდის მაღალი შემცველობის გარემოში. ისევე როგორც ქლოროფილის შემცველი მცენარეები და სხვა ორგანიზმები, რომლებსაც შეუძლიათ ფოტოქიმიური სინთეზი, ქიმიოსინთეზური ორგანიზმები არიან ავტოტროფები. ამასთან, ეკოსისტემის პროდუქტიულობა უფრო მეტად მცენარეულობის აქტივობაა, რადგან სწორედ ის არის პასუხისმგებელი ორგანული ნივთიერებების 90%-ზე მეტის დაგროვებაზე. ამაში ქიმიოსინთეზი არაპროპორციულად უფრო მცირე როლს თამაშობს.

ამავდროულად, ბევრ ორგანიზმს შეუძლია მიიღოს საჭირო ენერგია მხოლოდ სხვა ორგანიზმების ჭამით. მათ ჰეტეროტროფებს უწოდებენ. პრინციპში, ეს მოიცავს ყველა ერთსა და იმავე მცენარეს (ისინი ასევე "ჭამენ" მზა ორგანულ ნივთიერებებს), ცხოველებს, მიკრობებს, სოკოებს და მიკროორგანიზმებს. ჰეტეროტროფებს ასევე უწოდებენ "მომხმარებლებს".

მცენარეების როლი

როგორც წესი, სიტყვა „პროდუქტიულობა“ამ შემთხვევაში გულისხმობს მცენარეების უნარს შეინახონ გარკვეული რაოდენობის ორგანული ნივთიერებები. და ეს გასაკვირი არ არის, რადგან მხოლოდ მცენარეულ ორგანიზმებს შეუძლიათ არაორგანული ნივთიერებების ორგანულებად გადაქცევა. მათ გარეშე თვით სიცოცხლე ჩვენს პლანეტაზე შეუძლებელი იქნებოდა და ამიტომ ეკოსისტემის პროდუქტიულობა ამ პოზიციიდან განიხილება. ზოგადად, კითხვა ძალიან მარტივია: მაშ, რამდენი ორგანული ნივთიერებების შენახვა შეუძლიათ მცენარეებს?

რომელი ბიოცენოზი არის ყველაზე პროდუქტიული?

უცნაურად საკმარისია, მაგრამ ადამიანის მიერ შექმნილი ბიოცენოზი შორს არის ყველაზე პროდუქტიული. ამ მხრივ ჯუნგლები, ჭაობები, დიდი ტროპიკული მდინარეების სელვაბევრად წინ არიან. გარდა ამისა, ეს არის ეს ბიოცენოზები, რომლებიც ანეიტრალებს ტოქსიკური ნივთიერებების უზარმაზარ რაოდენობას, რომლებიც, კვლავ, ბუნებაში შედის ადამიანის საქმიანობის შედეგად და ასევე წარმოქმნის ჩვენი პლანეტის ატმოსფეროში შემავალი ჟანგბადის 70% -ზე მეტს. სხვათა შორის, ბევრ სახელმძღვანელოში დღემდე წერია, რომ დედამიწის ოკეანეები ყველაზე პროდუქტიული „პურის კალათაა“. უცნაურია, მაგრამ ეს განცხადება ძალიან შორს არის სიმართლისგან.

ოკეანის პარადოქსი

იცით რას შეედრება ზღვების და ოკეანეების ეკოსისტემების ბიოლოგიური პროდუქტიულობა? ნახევრად უდაბნოებით! ბიომასის დიდი მოცულობები აიხსნება იმით, რომ სწორედ წყლის სივრცეები იკავებს პლანეტის ზედაპირის უმეტეს ნაწილს. ასე რომ, ზღვების არაერთხელ პროგნოზირებული გამოყენება, როგორც საკვები ნივთიერებების ძირითადი წყარო მთელი კაცობრიობისთვის მომდევნო წლებში, ძნელად შესაძლებელია, რადგან ამის ეკონომიკური მიზანშეწონილობა უკიდურესად დაბალია. თუმცა, ამ ტიპის ეკოსისტემის დაბალი პროდუქტიულობა არანაირად არ აკნინებს ოკეანეების მნიშვნელობას ყველა ცოცხალი არსების სიცოცხლისთვის, ამიტომ მათი დაცვა საჭიროა რაც შეიძლება ფრთხილად.

თანამედროვე გარემოსდამცველები ამბობენ, რომ სასოფლო-სამეურნეო მიწების შესაძლებლობები ამოწურვისაგან შორსაა და მომავალში მათგან უფრო უხვი მოსავლის მიღებას შევძლებთ. განსაკუთრებული იმედი აქვს ბრინჯის მინდვრებს, რომლებსაც შეუძლიათ წარმოქმნან დიდი რაოდენობით ღირებული ორგანული ნივთიერებები მათი უნიკალური მახასიათებლების გამო.

ძირითადი ინფორმაცია ბიოლოგიური სისტემების პროდუქტიულობის შესახებ

ეკოსისტემის მთლიანი პროდუქტიულობაგანისაზღვრება ფოტოსინთეზის და ორგანული ნივთიერებების დაგროვების სიჩქარით კონკრეტულ ბიოცენოზში. ორგანული ნივთიერებების მასას, რომელიც იქმნება დროის ერთეულზე, პირველადი წარმოება ეწოდება. ეს შეიძლება გამოიხატოს ორი გზით: ან ჯოულში, ან მცენარეების მშრალ მასაში. მთლიანი წარმოება არის მისი მოცულობა, რომელიც ქმნის მცენარეთა ორგანიზმებს დროის გარკვეულ ერთეულში, ფოტოსინთეზის პროცესის მუდმივი სიჩქარით. უნდა გვახსოვდეს, რომ ამ ნივთიერების ნაწილი თავად მცენარეების სასიცოცხლო აქტივობაზე გადადის. დარჩენილი ორგანული ნივთიერებები არის ეკოსისტემის წმინდა პირველადი პროდუქტიულობა. სწორედ ის მიდის ჰეტეროტროფების შესანახად, მათ შორის მე და შენ.

არის თუ არა პირველადი წარმოების "ზედა ზღვარი"?

მოკლედ, დიახ. მოდით, მოკლედ შევხედოთ, რამდენად ეფექტურია პრინციპში ფოტოსინთეზის პროცესი. შეგახსენებთ, რომ მზის რადიაციის ინტენსივობა, რომელიც აღწევს დედამიწის ზედაპირს, დიდად არის დამოკიდებული მდებარეობაზე: ენერგიის მაქსიმალური დაბრუნება დამახასიათებელია ეკვატორული ზონებისთვის. პოლუსებთან მიახლოებისას ის ექსპონენტურად მცირდება. მზის ენერგიის დაახლოებით ნახევარი აისახება ყინულში, თოვლში, ოკეანეებში ან უდაბნოებში და შეიწოვება ატმოსფეროში არსებული გაზებით. მაგალითად, ატმოსფეროს ოზონის შრე შთანთქავს თითქმის მთელ ულტრაიისფერ გამოსხივებას! სინათლის მხოლოდ ნახევარი, რომელიც მცენარეების ფოთლებს ხვდება, გამოიყენება ფოტოსინთეზის რეაქციაში. ასე რომ, ეკოსისტემების ბიოლოგიური პროდუქტიულობა მზის ენერგიის უმნიშვნელო ნაწილის გარდაქმნის შედეგია!

რა არის მეორადი წარმოება?

შესაბამისად მეორადი პროდუქტები ე.წმომხმარებელთა (ანუ მომხმარებლების) ზრდა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. რა თქმა უნდა, ეკოსისტემის პროდუქტიულობა მათზე ბევრად ნაკლებია დამოკიდებული, მაგრამ სწორედ ეს ბიომასაა უმთავრესი როლი ადამიანის ცხოვრებაში. უნდა აღინიშნოს, რომ მეორადი ორგანული ნივთიერებები ცალკე გამოითვლება თითოეულ ტროფიკულ დონეზე. ამრიგად, ეკოსისტემის პროდუქტიულობის ტიპები იყოფა ორ ტიპად: პირველადი და მეორადი.

პირველადი და მეორადი წარმოების თანაფარდობა

როგორც შეიძლება მიხვდეთ, ბიომასის შეფარდება მთლიან მცენარეულ მასასთან შედარებით დაბალია. ჯუნგლებში და ჭაობებშიც კი ეს მაჩვენებელი იშვიათად აღემატება 6,5%-ს. რაც უფრო მეტი ბალახოვანი მცენარეა საზოგადოებაში, მით უფრო მაღალია ორგანული ნივთიერებების დაგროვების მაჩვენებელი და მით მეტია შეუსაბამობა.

ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნის სიჩქარისა და მოცულობის შესახებ

ზოგადად, პირველადი წარმოშობის ორგანული ნივთიერებების წარმოქმნის შეზღუდვის სიჩქარე მთლიანად დამოკიდებულია მცენარეთა ფოტოსინთეზური აპარატის მდგომარეობაზე (PAR). ფოტოსინთეზის ეფექტურობის მაქსიმალური მნიშვნელობა, რომელიც მიღწეული იქნა ლაბორატორიულ პირობებში, არის PAR მნიშვნელობის 12%. ბუნებრივ პირობებში, 5% ღირებულება ითვლება უკიდურესად მაღალი და პრაქტიკულად არ ხდება. ითვლება, რომ დედამიწაზე მზის შუქის ათვისება არ აღემატება 0,1%-ს.

პირველადი წარმოების განაწილება

უნდა აღინიშნოს, რომ ბუნებრივი ეკოსისტემის პროდუქტიულობა უკიდურესად არათანაბარია მთელ პლანეტაზე. ყველა ორგანული ნივთიერების მთლიანი მასა, რომელიც ყოველწლიურად იქმნებადედამიწის ზედაპირი, დაახლოებით 150-200 მილიარდი ტონაა. გახსოვთ, რა ვთქვით ზემოთ ოკეანეების პროდუქტიულობის შესახებ? ასე რომ, ამ ნივთიერების 2/3 წარმოიქმნება ხმელეთზე! წარმოიდგინეთ: ჰიდროსფეროს გიგანტური, წარმოუდგენელი მოცულობები წარმოქმნის სამჯერ ნაკლებ ორგანულ ნივთიერებებს, ვიდრე მიწის მცირე ნაწილი, რომლის დიდი ნაწილი უდაბნოებია!

დაგროვილი ორგანული ნივთიერებების 90%-ზე მეტი ამა თუ იმ ფორმით გამოიყენება ჰეტეროტროფული ორგანიზმების საკვებად. მზის ენერგიის მხოლოდ მცირე ნაწილი ინახება ნიადაგის ჰუმუსის სახით (ისევე, როგორც ნავთობი და ქვანახშირი, რომლებიც დღესაც წარმოიქმნება). ჩვენი ქვეყნის ტერიტორიაზე პირველადი ბიოლოგიური წარმოების ზრდა ჰექტარზე 20 ცენტნერიდან (არქტიკულ ოკეანესთან) კავკასიაში 200 ცენტნერზე მეტ ჰექტარამდე მერყეობს. უდაბნო რაიონებში ეს მაჩვენებელი არ აღემატება 20 ც/ჰა-ს.

პრინციპში, ჩვენი მსოფლიოს ხუთ თბილ კონტინენტზე წარმოების ინტენსივობა პრაქტიკულად იგივეა, თითქმის: სამხრეთ ამერიკაში მცენარეულობა აგროვებს ერთნახევარჯერ მეტ მშრალ ნივთიერებას, შესანიშნავი კლიმატური პირობების გამო. იქ ბუნებრივი და ხელოვნური ეკოსისტემების პროდუქტიულობა მაქსიმალურია.

რა კვებავს ადამიანებს?

დაახლოებით 1,4 მილიარდი ჰექტარი ჩვენი პლანეტის ზედაპირზე არის კულტივირებული მცენარეების პლანტაციები, რომლებიც გვაწვდიან საკვებს. ეს არის პლანეტის ყველა ეკოსისტემის დაახლოებით 10%. უცნაურად საკმარისია, მაგრამ მიღებული პროდუქტების მხოლოდ ნახევარი მიდის პირდაპირ ადამიანის საკვებზე. ყველაფერი დანარჩენი გამოიყენება შინაური ცხოველების საკვებად და მიდისსამრეწველო წარმოების საჭიროებები (რომელიც არ არის დაკავშირებული საკვები პროდუქტების წარმოებასთან). მეცნიერები უკვე დიდი ხანია ატეხენ განგაშს: ჩვენი პლანეტის ეკოსისტემების პროდუქტიულობა და ბიომასას შეუძლია უზრუნველყოს კაცობრიობის პროტეინის მოთხოვნილების არაუმეტეს 50%. მარტივად რომ ვთქვათ, მსოფლიოს მოსახლეობის ნახევარი ცილოვანი ქრონიკული შიმშილის პირობებში ცხოვრობს.

ბიოცენოზი-რეკორდების მფლობელები

როგორც უკვე ვთქვით, ყველაზე მაღალი პროდუქტიულობით ხასიათდება ეკვატორული ტყეები. უბრალოდ დაფიქრდით: ასეთი ბიოცენოზის ერთ ჰექტარზე შეიძლება 500 ტონაზე მეტი მშრალი ნივთიერება მოხვდეს! და ეს შორს არის საზღვრებისგან. მაგალითად, ბრაზილიაში, ერთი ჰექტარი ტყე წელიწადში 1200-დან 1500 ტონამდე (!) ორგანულ ნივთიერებებს აწარმოებს! უბრალოდ დაფიქრდით: კვადრატულ მეტრზე ორ ცენტნერამდე ორგანული ნივთიერებებია! ამავე ზონის ტუნდრაში წარმოიქმნება არაუმეტეს 12 ტონა, ხოლო შუა სარტყლის ტყეებში - 400 ტონაში. ამ მხარეში სოფლის მეურნეობის საწარმოები აქტიურად იყენებენ ამას: ხელოვნური ეკოსისტემის პროდუქტიულობა შაქრის სახით. ლერწმის მინდორს, რომელიც ჰექტარზე 80 ტონამდე მშრალ ნივთიერებას აგროვებს, ფიზიკურად ვერსად ვერ გამოიღებს ასეთ მოსავალს. თუმცა, ორინოკოსა და მისისიპის ყურეები, ისევე როგორც ჩადის ზოგიერთი რაიონი, ცოტათი განსხვავდება მათგან. აქ, ერთი წლის განმავლობაში, ეკოსისტემები ჰექტარზე 300 ტონამდე ნივთიერებას „აძლევენ“!

შედეგები

ამგვარად, პროდუქტიულობის შეფასება უნდა განხორციელდეს პირველადი ნივთიერების საფუძველზე. ფაქტია, რომ მეორადი წარმოება არ არის ამ ღირებულების 10% -ზე მეტი, მისი ღირებულება მნიშვნელოვნად მერყეობს და, შესაბამისად, დეტალური ანალიზი.ეს მაჩვენებელი უბრალოდ შეუძლებელია.