Produktibidad ng Ecosystem- ito ay ang akumulasyon ng organikong bagay ng isang ecosystem sa takbo ng buhay nito. Ang pagiging produktibo ng isang ecosystem ay sinusukat sa pamamagitan ng dami ng organikong bagay na nilikha bawat yunit ng oras bawat unit area.

Mayroong iba't ibang antas ng produksyon kung saan nalikha ang pangunahin at pangalawang produkto. Ang organikong masa na nilikha ng mga prodyuser bawat yunit ng oras ay tinatawag pangunahing produkto, at ang pagtaas sa bawat yunit ng oras ng masa ng mga mamimili - pangalawang produkto.

Ang pangunahing produksyon ay nahahati sa dalawang antas - gross at net production. Ang kabuuang pangunahing produksyon ay ang kabuuang masa ng kabuuang organikong bagay na nilikha ng isang halaman bawat yunit ng oras sa isang partikular na rate ng photosynthesis, kabilang ang mga gastos sa paghinga.

Ang mga halaman ay gumagastos sa paghinga mula 40 hanggang 70% ng kabuuang output. Ang planktonic algae ay gumagastos ng hindi bababa sa mga ito - tungkol sa 40% ng lahat ng enerhiya na ginamit. Ang bahaging iyon ng kabuuang output na hindi ginagastos "para sa paghinga" ay tinatawag na netong pangunahing produksyon, ito ay kumakatawan sa dami ng paglago ng halaman at ang produktong ito ang natupok ng mga mamimili at mga decomposer.

Ang pangalawang produksyon ay hindi na nahahati sa gross at net, dahil ang mga consumer at decomposers, i.e. lahat ng heterotrophs, dagdagan ang kanilang masa dahil sa pangunahing produksyon, i.e. gamit ang mga naunang ginawang produkto.

Ang pangalawang produksyon ay kinakalkula nang hiwalay para sa bawat antas ng trophic, dahil nabuo ito dahil sa enerhiya na nagmumula sa nakaraang antas.

Ang lahat ng nabubuhay na bahagi ng ecosystem - mga producer, mga mamimili at mga decomposer - ay bumubuo kabuuang biomass (live na timbang) komunidad sa kabuuan o sa mga indibidwal na bahagi nito, ilang grupo ng mga organismo. Ang biomass ay karaniwang ipinahayag sa mga tuntunin ng basa at tuyo na timbang, ngunit maaari ding ipahayag sa mga yunit ng enerhiya - sa mga calorie, joules, atbp., na ginagawang posible na ipakita ang kaugnayan sa pagitan ng dami ng papasok na enerhiya at, halimbawa, average na biomass .

Sa pamamagitan ng halaga ng biological productivity, nahahati ang mga ekosistem sa 4 na klase:

1. napakataas na produktibidad na ecosystem — >2 kg/m2bawat taon (tropikal na kagubatan, coral reef);
2. ecosystem na may mataas na produktibidad - 1-2 kg/m 2 bawat taon (linden-oak forest, coastal thickets ng cattail o reeds sa mga lawa, crops ng mais at perennial grasses sa panahon ng irigasyon at paglalagay ng mataas na dosis ng fertilizers);
3. mga ecosystem ng katamtamang produktibidad - 0.25-1 kg / m 2bawat taon (pine at birch forest, hay meadows at steppes, mga lawa na tinutubuan ng mga halamang nabubuhay sa tubig);
4. ecosystem ng mababang produktibidad -< 0,25 кг/м 2 в год (пустыни, тундра, горные степи, karamihan ng marine ecosystem). Ang average na biological productivity ng mga ecosystem sa planeta ay 0.3 kg/m 2 bawat taon.

Ang pagiging produktibo ng isang ecosystem ay malapit na nauugnay sa daloy ng enerhiya na dumadaan dito. Sa bawat ecosystem, bahagi lamang ng papasok na enerhiya ang nakaimbak sa anyo ng mga organic compound. Ang rate ng asimilasyon ng enerhiya ay tinatawag na produksyon, at ang halaga ng produksyon, ang ratio sa unit area ng ecosystem ay tinatawag na produktibidad. Ang pangunahing produktibidad (P) ng isang ecosystem ay tinukoy bilang ang rate kung saan ang nagliliwanag na enerhiya ay na-asimilasyon ng mga producer sa proseso ng photo- at chemosynthesis, na naipon sa anyo ng mga organikong sangkap, ang halaga nito ay ipinahayag sa basa o tuyo na yugto ng halaman o mga yunit ng enerhiya (kcal, J). Ang pangunahing produksyon ay tinutukoy ng kabuuang daloy ng enerhiya sa pamamagitan ng biotic na bahagi ng mga ecosystem, at samakatuwid ay ang biomass ng mga buhay na organismo na maaaring umiral sa isang biosystem. Sa paglikha ng pangunahing biological na produksyon, ito ay tinutukoy ng mga kakayahan ng photosynthetic apparatus ng mga halaman . Mula sa kabuuan 44% ng enerhiya ng radiation ay PAR - photosynthetically active radiation i.e. wavelength ng liwanag na angkop para sa photosynthesis. Pinakamataas kahusayan ng photosynthesis 10-12% PAR, na humigit-kumulang kalahati ng kung ano ang theoretically posible. Sa globo, ang asimilasyon ng solar energy ng mga halaman ay hindi lalampas sa 0.1% dahil sa impluwensya ng iba't ibang mga kadahilanan sa photosynthesis ng paglago ng halaman: klimatiko, pisikal, kemikal.

Sa proseso ng paggawa ng organikong bagay, 4 na magkakasunod na antas ay nakikilala:

Ang 1 gross primary productivity ay ang kabuuang produksyon (B) ng photosynthesis, na isinasaalang-alang ang mga organikong sangkap na ginugol sa paghinga sa panahon ng mga sukat (P).

2 netong pangunahing produktibidad ng komunidad (P pure) ay ang akumulasyon ng mga organikong bagay sa mga tisyu ng halaman na binawasan ang mga organikong bagay na ginamit para sa paghinga ng halaman.

3 ang netong produktibidad ng komunidad ay produkto ng akumulasyon ng organikong bagay na hindi natupok ng mga heterotroph, i.e. ang pagkakaiba sa pagitan ng netong pangunahing produksyon at ang dami ng organikong bagay na natupok ng mga heterotroph.

4 Pangalawang produktibidad - pag-iimbak ng enerhiya sa antas ng mga mamimili. ang mga mamimili ay gumagamit ng mga naunang nilikha na nutrients, ang ilan sa kanila ay ginugol sa paghinga, at ang natitira sa pagbuo ng mga tisyu at organo (pangalawang produksyon ay kinakalkula nang hiwalay para sa bawat antas ng pamumuhay, dahil ang mass gain para sa bawat isa sa kanila ay nangyayari dahil sa enerhiya na ibinibigay ng ang nauna.

3.4. Homeostasis at Ecosystem Dynamics

Ang homeostasis ay ang kakayahan ng mga biological system (organismo, populasyon at ecosystem) na labanan ang mga pagbabago at mapanatili ang balanse. Ang pamamahala ng ekosistema ay hindi nangangailangan ng regulasyon mula sa labas - ito ay self-regulating system. Ang homeostasis sa antas ng ecosystem ay ibinibigay ng iba't ibang mekanismo ng kontrol, halimbawa, ang subsystem na "predator-prey". Kung isasaalang-alang natin ang mandaragit at ang biktima bilang mga bloke na may kondisyong inilalaan - mga cybernetic system, kung gayon ang kontrol sa pagitan nila ay dapat isagawa sa pamamagitan ng positibo at negatibong mga koneksyon. positibong feedback"Amplifies the deviation", halimbawa, pinapataas ang populasyon ng biktima ng labis. negatibong feedback"binabawasan ang paglihis", halimbawa, nililimitahan ang paglaki ng populasyon ng biktima sa pamamagitan ng pagtaas ng populasyon ng mga mandaragit. Ang cybernetic scheme na ito ay perpektong naglalarawan ng proseso ng co-evolution sa "predator-prey" system, dahil ang mga proseso ng mutual adaptation ay nabubuo din sa "bundle" na ito. Kung ang iba pang mga kadahilanan ay hindi makagambala sa sistemang ito ng self-regulating (halimbawa, sinira ng isang tao ang isang mandaragit), kung gayon ang mga negatibo at positibong koneksyon ay magbabalanse sa kanilang sarili, kung hindi man ay mamamatay ang sistema. Sa madaling salita, para sa pagkakaroon ng isang ecosystem, ang mga parameter nito ay hindi dapat lumampas sa mga limitasyong iyon kapag hindi na posible na ibalik ang balanse sa pagitan ng positibo at negatibong mga relasyon.

Ang ekolohikal na balanse ay ang estado ng isang ekosistema kung saan ang komposisyon at pagiging produktibo ng biotic na bahagi (mga halaman, algae, bakterya, mga hayop) sa anumang oras ay ganap na tumutugma sa mga kondisyon ng abiotic (komposisyon ng lupa, klima). Ang pangunahing tampok ng balanse ng ekolohiya ay ang kadaliang kumilos.

Mayroong 2 uri ng mobility ng balanse:

nababaligtad na mga pagbabago;

mga sunod-sunod na ekolohikal;

1. Ang mga nababagong pagbabago sa ecosystem ay mga pagbabago sa ecosystem sa panahon ng taon na may mga pagbabago sa klima at mga pagbabagong nauugnay sa papel ng ilang mga species ng mga buhay na organismo depende sa ritmo ng kanilang ikot ng buhay (pagbabago ng panahon, hibernation, paglipat ng mga ibon, mga halaman sa yugto ng binhi). Kasabay nito, ang komposisyon ng mga species ng ecosystem ay napanatili; umaangkop lamang ito sa mga pagbabago sa panlabas at panloob na mga kadahilanan.

Ang ecological succession o ang batas ng successional slowdown ay isang sunud-sunod na pagbabago ng mga ecosystem na may unti-unting pagbabago sa mga kondisyon sa kapaligiran. Kasabay nito, ang komposisyon ng mga nabubuhay na organismo ay nagbabago, ang ilang mga species ay umalis sa ecosystem, habang ang iba ay muling pinupunan ito, at ang pagiging produktibo ng ecosystem ay nagbabago nang naaayon. Sa biglaang pagbabago sa mga kondisyon sa kapaligiran (sunog, oil spill), ang balanse ng ekolohiya ay nabalisa.

Habang ang sangkatauhan, na may katigasan ng ulo na karapat-dapat sa isang mas mahusay na aplikasyon, ang mukha ng Earth sa isang tuloy-tuloy na anthropogenic landscape, ang pagsusuri ng pagiging produktibo ay nagiging mas praktikal. iba't ibang ecosystem. Natuto ang tao na kumuha ng enerhiya para sa kanyang pang-industriya at domestic na pangangailangan sa iba't ibang paraan, ngunit makakakuha siya ng enerhiya para sa kanyang sariling nutrisyon sa pamamagitan lamang ng photosynthesis.

Sa kadena ng pagkain ng tao, ang mga producer ay halos palaging nasa base, na ginagawang enerhiya ang biomass ng organikong bagay. Dahil ito ang tiyak na enerhiya na maaaring magamit ng mga mamimili at, lalo na, ang mga tao. Kasabay nito, ang parehong mga producer ay gumagawa ng oxygen na kinakailangan para sa paghinga at pagsipsip carbon dioxide, at ang rate ng gas exchange ng mga producer ay direktang proporsyonal sa kanilang bioproductivity. Samakatuwid, sa isang pangkalahatang anyo, ang tanong ng kahusayan ng mga ecosystem ay nabuo nang simple: anong enerhiya ang maaaring maimbak ng mga halaman sa anyo ng biomass ng organikong bagay? Sa itaas na fig. Ang 1 ay nagpapakita ng mga halaga ng tiyak (bawat 1 m 2) pagiging produktibo ng mga pangunahing uri. Mula sa diagram na ito, makikita na ang lupang pang-agrikultura, gawa ng tao, hindi nangangahulugang ang pinaka produktibong ecosystem. Ang mga mabangis na ecosystem ay nagbibigay ng pinakamataas na tiyak na produktibidad - mahalumigmig na tropikal na kagubatan, mga estero at estero ng mga ilog at mga ordinaryong latian ng mapagtimpi na mga latitude. Sa unang tingin, gumagawa sila ng biomass na walang silbi sa mga tao, ngunit ang mga ecosystem na ito ang nagpapadalisay sa hangin at nagpapatatag sa komposisyon ng atmospera, naglilinis ng tubig at nagsisilbing mga imbakan ng tubig sa mga ilog at tubig sa lupa, at, sa wakas, ay mga lugar ng pag-aanak para sa isang malaking bilang ng mga isda at iba pang mga naninirahan sa tubig na ginagamit sa pagkain ng tao. Sinasakop ang 10% ng lugar ng lupa, lumilikha sila ng 40% ng biomass na ginawa sa lupa. At ito nang walang anumang pagsisikap ng tao! Kaya naman ang pagkasira at "paglilinang" ng mga ecosystem na ito ay hindi lamang "pagpatay sa gansa na nangingitlog ng mga gintong itlog", ngunit maaari rin itong pagpapakamatay para sa sangkatauhan. Ang pagtukoy sa ibabang diagram sa Fig. 1, makikita na ang kontribusyon ng mga disyerto at tuyong steppes sa pagiging produktibo ng biosphere ay bale-wala, bagaman nasasakop na nila ang halos isang-kapat ng ibabaw ng lupa at, dahil sa panghihimasok ng anthropogenic, ay may posibilidad na lumago nang mabilis. AT pangmatagalan ang paglaban sa disyerto at pagguho ng lupa, iyon ay, ang pagbabago ng mga hindi produktibong ecosystem tungo sa mga produktibo, ay isang makatwirang paraan upang anthropogenic na pagbabago sa biosphere.

Ang tiyak na bioproductivity ng bukas na karagatan ay halos kasing baba ng mga semi-disyerto, at ang napakalaking kabuuang produktibidad nito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanang ito ay sumasakop ng higit sa 50% ng ibabaw ng Earth, dalawang beses sa buong lugar ng lupa. Mga pagtatangkang gamitin bukas na karagatan bilang isang seryosong pinagmumulan ng pagkain sa malapit na hinaharap ay halos hindi makatuwirang matipid nang tumpak dahil sa mababang tiyak na produktibidad nito. Gayunpaman, ang papel ng bukas na karagatan sa pagpapatatag ng mga kondisyon ng buhay sa Earth ay napakahusay na ang proteksyon nito mula sa polusyon, lalo na ng mga produktong langis, ay ganap na kinakailangan.

kanin. 1. Bioproductivity ng ecosystem bilang enerhiya na naipon ng mga producer sa proseso ng photosynthesis. Ang produksyon ng kuryente sa mundo ay humigit-kumulang 10 Ecal / taon, at ang buong sangkatauhan ay kumonsumo ng 50-100 Ecal / taon; 1 Ecal (exacalorie) \u003d 1 milyong bilyon kcal \u003d K) 18 cal

Ang kontribusyon ng mga kagubatan ay hindi maaaring maliitin mapagtimpi zone at taiga sa viability ng biosphere. Ang mga ito ay lalong makabuluhan relatibong katatagan sa mga epektong anthropogenic kumpara sa mahalumigmig na tropikal na kagubatan.

Ang katotohanan na ang tiyak na produktibidad ng lupang pang-agrikultura ay nasa average na mas mababa pa kaysa sa maraming natural na ekosistema ay nagpapakita na ang mga posibilidad para sa pagtaas ng produksyon ng pagkain sa mga umiiral na lugar ay malayo sa pagkaubos. Ang isang halimbawa ay ang mga taniman ng palay, sa esensya, mga anthropogenic swamp ecosystem, na may malaking ani na nakuha gamit ang modernong teknolohiyang pang-agrikultura.

Biological na produktibidad ng mga ekosistema

Ang rate kung saan nakukuha ng mga producer ng ecosystem ang solar energy mga bono ng kemikal synthesized organic matter, tinutukoy ang produktibidad ng mga komunidad. Ang organikong masa na nilikha ng mga halaman sa bawat yunit ng oras ay tinatawag pangunahing produkto pamayanan. Ang produksyon ay ipinahayag sa dami sa hilaw o tuyo na masa ng mga halaman o sa mga yunit ng enerhiya - ang katumbas na bilang ng mga joules.

Kabuuang pangunahing produksyon- ang dami ng sangkap na nilikha ng mga halaman sa bawat yunit ng oras sa isang naibigay na rate ng photosynthesis. Ang bahagi ng produksyon na ito ay ginagamit upang mapanatili ang buhay ng mga halaman mismo (paggastos sa paghinga).

Ang natitira sa nilikha organikong bagay nagpapakilala netong pangunahing produksyon, na kumakatawan sa rate ng paglago ng mga halaman. Ang netong pangunahing produksyon ay isang reserbang enerhiya para sa mga consumer at decomposers. Ang pagiging pinoproseso sa mga kadena ng pagkain, napupunta ito upang lagyang muli ang masa ng mga heterotrophic na organismo. Ang pagtaas sa bawat yunit ng oras ng masa ng mga mamimili - pangalawang produksyon pamayanan. Ang pangalawang produksyon ay kinakalkula nang hiwalay para sa bawat antas ng trophic, dahil ang mass gain sa bawat isa sa kanila ay nangyayari dahil sa enerhiya na nagmumula sa nauna.

Ang mga heterotroph, na kasama sa mga trophic chain, ay nabubuhay sa gastos ng netong pangunahing produksyon ng komunidad. Sa iba't ibang ecosystem, ginugugol nila ito nang may iba't ibang pagkakumpleto. Kung ang rate ng pag-alis ng pangunahing produksyon sa mga kadena ng pagkain ay nahuhuli sa rate ng paglago ng mga halaman, kung gayon ito ay humahantong sa isang unti-unting pagtaas sa kabuuang biomass ng mga producer. sa ilalim ng biomass maunawaan ang kabuuang masa ng mga organismo ng isang grupo o ng buong komunidad sa kabuuan. Ang hindi sapat na pagtatapon ng mga produkto ng basura sa mga kadena ng agnas ay nagreresulta sa akumulasyon ng mga patay na organikong bagay sa sistema, na nangyayari, halimbawa, kapag ang mga latian ay nagiging pit, labis na paglaki ng mga mababaw na anyong tubig, malalaking stock kumot sa mga kagubatan ng taiga, atbp. Ang biomass ng isang komunidad na may balanseng cycle ng mga sangkap ay nananatiling medyo pare-pareho, dahil halos lahat ng pangunahing produksyon ay ginugugol sa mga kadena ng pagkain at pagkabulok.

Ang mga ekosistema ay nagkakaiba din sa relatibong rate ng paglikha at pagkonsumo ng parehong pangunahin at pangalawang produkto sa bawat antas ng tropiko. Gayunpaman, ang lahat ng ecosystem, nang walang pagbubukod, ay nailalarawan sa pamamagitan ng tiyak mga ratio ng dami pangunahin at pangalawang produkto, na tinatawag na kanang kamay na pyramid ng produkto: sa bawat nakaraang antas ng trophic, ang dami ng biomass na nilikha sa bawat yunit ng oras ay mas malaki kaysa sa susunod. Sa graphically, ang panuntunang ito ay karaniwang inilalarawan sa anyo ng mga pyramids, patulis pataas at binubuo ng mga parihaba na nakasalansan sa ibabaw ng bawat isa. pantay na taas, ang haba nito ay tumutugma sa sukat ng mga produkto sa katumbas mga antas ng tropiko.

Ang rate ng paglikha ng organikong bagay ay hindi tumutukoy sa kabuuang reserba nito, i.e. ang kabuuang biomass ng lahat ng organismo sa bawat antas ng trophic. Ang available na biomass ng mga producer o consumer sa mga partikular na ecosystem ay depende sa kung paano nauugnay sa isa't isa ang mga rate ng akumulasyon ng organikong bagay sa isang tiyak na antas ng trophic at ang paglipat nito sa isang mas mataas.

Ang ratio ng taunang paglaki ng mga halaman sa biomass sa mga terrestrial ecosystem ay medyo maliit. Kahit na sa pinaka-produktibong tropikal na rainforest, ang halagang ito ay hindi lalampas sa 6.5%. Sa mga komunidad na may nangingibabaw na mga mala-damo na anyo, ang rate ng biomass reproduction ay mas mataas. Tinutukoy ng ratio ng pangunahing produksyon sa biomass ng halaman ang lawak ng pagkonsumo ng masa ng halaman na posible sa isang komunidad nang hindi binabago ang produktibidad nito.

Para sa karagatan, hindi nalalapat ang biomass pyramid rule (ang pyramid ay may baligtad na hugis).

Ang lahat ng tatlong panuntunan ng mga pyramids - produksyon, biomass at numero - sa huli ay sumasalamin sa mga ugnayan ng enerhiya sa mga ecosystem, at kung ang huling dalawa ay makikita sa mga komunidad na may isang tiyak na trophic na istraktura, kung gayon ang una (production pyramid) ay may unibersal na karakter. Ang pyramid ng mga numero ay sumasalamin sa bilang ng mga indibidwal na organismo (Larawan 2) o, halimbawa, ang populasyon ayon sa pangkat ng edad.

kanin. 2. Pinasimpleng pyramid ng bilang ng mga indibidwal na organismo

Ang kaalaman sa mga batas ng produktibidad ng ecosystem at ang kakayahang mabilang ang daloy ng enerhiya ay may malaking praktikal na kahalagahan. Pangunahing produksyon ng mga agrocenoses at pagsasamantala ng tao natural na pamayanan- ang pangunahing pinagmumulan ng mga panustos na pagkain para sa sangkatauhan.

Ang mga tumpak na kalkulasyon ng daloy ng enerhiya at ang sukat ng produktibidad ng ecosystem ay ginagawang posible na i-regulate ang cycle ng mga sangkap sa kanila sa paraang makamit ang pinakamalaking ani ng mga produktong kapaki-pakinabang sa mga tao. Bilang karagdagan, kinakailangan na magkaroon ng isang mahusay na pag-unawa sa mga pinapayagang limitasyon para sa pag-alis ng biomass ng halaman at hayop mula sa natural na mga sistema upang hindi masira ang kanilang pagiging produktibo. Ang ganitong mga kalkulasyon ay kadalasang napakakumplikado dahil sa mga kahirapan sa pamamaraan.

Ang pinakamahalagang ilalim na linya diskarte sa enerhiya sa pag-aaral ng mga ecosystem ay ang pagpapatupad ng pananaliksik sa International Biological Program, na isinagawa ng mga siyentipiko iba't-ibang bansa mundo sa loob ng ilang taon, simula noong 1969, upang mapag-aralan ang potensyal na biological productivity ng Earth.

teoretikal posibleng bilis ang paglikha ng mga pangunahing biological na produkto ay tinutukoy ng mga kakayahan ng photosynthetic apparatus ng mga halaman (PAR). Ang pinakamataas na kahusayan sa photosynthesis na nakamit sa kalikasan ay 10-12% ng PAR energy, na halos kalahati ng theoretically possible. Ang kahusayan ng photosynthesis na 5% ay itinuturing na napakataas para sa isang phytocenosis. Sa pangkalahatan, ang asimilasyon ng solar energy ng mga halaman ay hindi lalampas sa 0.1% sa buong mundo, dahil ang aktibidad ng photosynthesis ng halaman ay limitado ng maraming mga kadahilanan.

Ang pamamahagi ng mundo ng mga pangunahing biological na produkto ay lubhang hindi pantay. Ang kabuuang taunang produksyon ng tuyong organikong bagay sa Earth ay 150-200 bilyong tonelada. Mahigit sa isang katlo nito ay nabuo sa mga karagatan, halos dalawang-katlo - sa lupa. Halos lahat ng netong pangunahing produksyon ng Earth ay nagsisilbi upang mapanatili ang buhay ng lahat ng heterotrophic na organismo. Ang enerhiya na hindi gaanong ginagamit ng mga mamimili ay nakaimbak sa kanilang mga organismo, mga organikong sediment ng mga anyong tubig, at humus ng lupa.

Sa teritoryo ng Russia, sa mga zone ng sapat na kahalumigmigan, ang pangunahing produktibidad ay tumataas mula hilaga hanggang timog, na may pagtaas ng pag-agos ng init at ang tagal ng lumalagong panahon. Ang taunang paglaki ng mga halaman ay nag-iiba mula sa 20 c/ha sa baybayin at mga isla ng Hilaga Karagatang Arctic hanggang sa higit sa 200 q/ha bawat baybayin ng Black Sea Caucasus. Sa mga disyerto sa Gitnang Asya, bumababa ang produktibidad sa 20 c/ha.

Para sa limang kontinente ng mundo, medyo maliit ang pagkakaiba ng average na produktibidad. Ang exception ay Timog Amerika, sa karamihan kung saan ang mga kondisyon para sa pag-unlad ng mga halaman ay napaka-kanais-nais.

Ang nutrisyon ng tao ay pangunahing ibinibigay ng mga pananim na pang-agrikultura, na sumasakop sa humigit-kumulang 10% ng lugar ng lupa (mga 1.4 bilyong ektarya). Ang kabuuang taunang paglaki ng mga nakatanim na halaman ay humigit-kumulang 16% ng kabuuang produktibidad ng lupa, karamihan sa mga ito ay binibilang ng mga kagubatan. Humigit-kumulang kalahati ng pananim ay direktang napupunta sa pagkain ng tao, ang natitira ay ginagamit para sa pagkain ng alagang hayop, ginagamit sa industriya at nawala sa basura.

Ang mga mapagkukunang makukuha sa Earth, kabilang ang mga produktong hayop at pangisdaan sa lupa at sa karagatan, ay makakatugon sa mas mababa sa 50% ng mga pangangailangan taun-taon modernong populasyon Lupa.

Kaya, karamihan sa populasyon ng mundo ay nasa isang estado ng talamak na gutom sa protina, at isang makabuluhang bahagi ng mga tao ay dumaranas din ng pangkalahatang malnutrisyon.

Produktibo ng biocenoses

Tinutukoy ang bilis ng pag-aayos ng solar energy pagiging produktibo ng biocenosis. Ang pangunahing tagapagpahiwatig ng produksyon ay ang biomass ng mga organismo (halaman at hayop) na bumubuo sa biocenosis. Mayroong biomass ng halaman - phytomass, biomass ng hayop - zoomass, bacteriomass at biomass ng anumang partikular na grupo o organismo ng indibidwal na species.

Biomass - organikong bagay ng mga organismo, na ipinahayag sa ilang mga quantitative unit at bawat unit area o volume (halimbawa, g / m 2, g / m 3, kg / ha, t / km 2, atbp.).

Produktibidad ay ang rate ng paglago ng biomass. Karaniwan itong tinutukoy tiyak na panahon at lugar, halimbawa, sa isang taon at isang ektarya.

Nabatid na ang mga berdeng halaman ay ang unang link sa mga kadena ng pagkain at sila lamang ang nakapag-iisa na nakabubuo ng organikong bagay gamit ang enerhiya ng Araw. Samakatuwid, ginawa ang biomass mga autotrophic na organismo, ibig sabihin. ang dami ng enerhiya na na-convert ng mga halaman sa organikong bagay tiyak na lugar, na ipinahayag sa ilang mga quantitative unit, ay tinatawag pangunahing produkto. Ang halaga nito ay sumasalamin sa pagiging produktibo ng lahat ng mga link ng mga heterotrophic na organismo sa ecosystem.

Ang kabuuang produksyon ng photosynthesis ay tinatawag pangunahing kabuuang output. Ito ay lahat ng kemikal na enerhiya sa anyo ng mga organikong bagay na ginawa. Ang bahagi ng enerhiya ay maaaring gamitin upang suportahan ang buhay (respirasyon) ng mga mismong gumagawa ng mga produkto - mga halaman. Kung aalisin natin ang bahaging iyon ng enerhiya na ginugugol ng mga halaman sa paghinga, nakukuha natin netong pangunahing produksyon. Madali itong maisasaalang-alang. Ito ay sapat na upang mangolekta, matuyo at timbangin ang masa ng halaman, halimbawa, kapag nag-aani. Kaya, ang netong pangunahing produksyon ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng dami ng atmospheric carbon na kinuha ng mga halaman sa panahon ng photosynthesis at natupok ng mga ito para sa paghinga.

Ang pinakamataas na produktibidad ay tipikal para sa tropikal kagubatan ng ekwador. Para sa naturang kagubatan, hindi limitasyon ang 500 toneladang tuyong bagay kada 1 ha. Para sa Brazil, ang mga numero ay 1500 at kahit na 1700 tonelada - ito ay 150-170 kg ng masa ng halaman bawat 1 m 2 (ihambing: sa tundra - 12 tonelada, at sa malawak na dahon na kagubatan. mapagtimpi zone- hanggang 400 tonelada bawat 1 ha).

matabang deposito ng lupa, mataas na halaga taunang temperatura, ang kasaganaan ng kahalumigmigan ay nakakatulong sa pagpapanatili ng napakataas na produktibidad ng mga phytocenoses sa mga delta ng timog na ilog, sa mga lagoon at estero. Ito ay umabot sa 20-25 tonelada bawat 1 ha bawat taon sa tuyong bagay, na makabuluhang lumampas sa pangunahing produktibidad ng mga kagubatan ng spruce (8-12 tonelada). Ang tubo ay nakakaipon ng hanggang 78 tonelada ng phytomass kada 1 ha kada taon. Kahit na ang isang sphagnum bog, sa ilalim ng kanais-nais na mga kondisyon, ay may produktibidad na 8-10 tonelada, na maihahambing sa pagiging produktibo ng isang kagubatan ng spruce.

Ang "mga may hawak ng rekord" ng pagiging produktibo sa Earth ay mga puno ng damo na may uri ng lambak, na napanatili sa mga delta ng Mississippi, Parana, Ganges, sa paligid ng Lake Chad at sa ilang iba pang mga rehiyon. Dito, aabot sa 300 toneladang organikong bagay ang nabubuo kada 1 ha sa isang taon!

pangalawang produksyon- ito ang biomass na nilikha ng lahat ng mga mamimili ng biocenosis bawat yunit ng oras. Kapag kinakalkula ito, ang mga kalkulasyon ay ginawa nang hiwalay para sa bawat antas ng trophic, dahil kapag ang enerhiya ay gumagalaw mula sa isang antas ng tropiko patungo sa isa pa, ito ay lumalaki dahil sa pagtanggap mula sa nakaraang antas. Ang pangkalahatang produktibidad ng biocenosis ay hindi masusuri ng isang simple arithmetic sum pangunahin at pangalawang produksyon, dahil ang pagtaas ng pangalawang produksyon ay hindi nangyayari kaayon ng paglaki ng pangunahin, ngunit dahil sa pagkasira ng ilang bahagi nito. Mayroong withdrawal, isang pagbabawas ng pangalawang produksyon mula sa kabuuang halaga ng pangunahing produksyon. Samakatuwid, ang pagtatasa ng pagiging produktibo ng biocenosis ay isinasagawa ayon sa pangunahing produksyon. Ang pangunahing produksyon ay maraming beses na mas malaki kaysa sa pangalawang produksyon. Sa pangkalahatan, ang pangalawang produktibidad ay mula 1 hanggang 10%.

Ang mga batas ng ekolohiya ay paunang natukoy ang mga pagkakaiba sa biomass ng mga herbivorous na hayop at pangunahing mandaragit. Kaya, ang isang kawan ng mga migrating na usa ay karaniwang sinusundan ng ilang mga mandaragit, tulad ng mga lobo. Ito ay nagpapahintulot sa mga lobo na pakainin nang hindi naaapektuhan ang pagpaparami ng kawan. Kung ang bilang ng mga lobo ay lumalapit sa bilang ng mga usa, kung gayon ang mga mandaragit ay mabilis na puksain ang kawan at maiiwan na walang pagkain. Para sa kadahilanang ito, walang mataas na konsentrasyon ng mga mandaragit na mammal at ibon sa temperate zone.

Sa proseso ng buhay ng biocenosis, ang organikong bagay ay nilikha at natupok, ibig sabihin, ang kaukulang ekosistema ay may isang tiyak na produktibidad ng biomass. Ang biomass ay sinusukat sa mga yunit ng masa o ipinahayag bilang dami ng enerhiya na nakaimbak sa mga tisyu.

Ang mga konsepto ng "produksyon" at "produktibidad" sa ekolohiya (pati na rin sa biology) ay may iba't ibang kahulugan.

Produktibidad ay ang rate ng produksyon ng biomass bawat yunit ng oras, na hindi matimbang, ngunit maaari lamang kalkulahin sa mga tuntunin ng enerhiya o akumulasyon ng organikong bagay. Bilang kasingkahulugan ng terminong "produktibidad", iminungkahi ni Y. Odum ang paggamit ng terminong "rate ng produksyon".

Ang pagiging produktibo ng isang ecosystem ay nagsasalita ng "kayamanan" nito. Mas marami ang mga organismo sa isang mayaman o produktibong komunidad kaysa sa isang hindi gaanong produktibo, bagama't kung minsan ay kabaligtaran, kung saan ang mga organismo sa isang produktibong komunidad ay inaalis o "nababaligtad" nang mas mabilis. Kaya, ang pag-aani ng damo sa puno ng ubas ng isang masaganang pastulan na kinakain ng mga alagang hayop ay maaaring mas mababa kaysa sa isang hindi gaanong produktibong pastulan kung saan walang mga hayop ang itinaboy.

Mayroon ding kasalukuyan at pangkalahatang produktibidad. Halimbawa, sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon, ang 1 ektarya ng pine forest ay may kakayahang bumuo ng 200 m 3 ng wood pulp sa panahon ng pagkakaroon at paglaki nito - ito ang kabuuang produktibidad nito. Gayunpaman, sa isang taon ang kagubatan na ito ay gumagawa lamang ng halos 2 m 3 ng kahoy, na siyang kasalukuyang produktibidad o taunang pagtaas.

Kapag ang ilang mga organismo ay kinakain ng iba, ang pagkain (materya at enerhiya) ay gumagalaw mula sa isang trophic level patungo sa susunod. Ang hindi natutunaw na bahagi ng pagkain ay itinatapon. Ang mga hayop na may alimentary canal ay naglalabas ng mga dumi (dumi) at nagtatapos sa mga organikong produkto ng metabolismo (excreta), tulad ng urea; parehong naglalaman ng ilang halaga ng enerhiya. Parehong nawawalan ng enerhiya ang mga hayop at halaman sa pamamagitan ng paghinga.

Ang enerhiya na natitira pagkatapos ng mga pagkalugi dahil sa paghinga, panunaw, paglabas, ginagamit ng mga organismo para sa paglaki, pagpaparami at mahahalagang proseso (trabaho ng kalamnan, pagpapanatili ng temperatura ng mga hayop na may mainit na dugo, atbp.). Ang mga gastos sa enerhiya para sa thermoregulation ay nakasalalay sa mga kondisyong pangklima at mga panahon, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng homoiothermic at poikilothermic na hayop ay lalong malaki. Ang mga hayop na may mainit na dugo, na nakakuha ng isang kalamangan sa ilalim ng salungat at hindi matatag na mga kondisyon sa kapaligiran, ay nawala sa pagiging produktibo.

Ang pagkonsumo ng enerhiya na natupok ng mga hayop ay tinutukoy ng equation

PAGLAGO + RESPIRATION (BUHAY) + REPRODUCTION +

FAECES + EXCRETS = PAGKAIN NA KUMUBOS.

Sa pangkalahatan, ang mga herbivore ay natutunaw ang pagkain ng halos kalahati ng kahusayan ng mga carnivore. Ito ay dahil naglalaman ang mga halaman malaking bilang ng cellulose, at kung minsan ay kahoy (kabilang ang cellulose at lignin), na hindi gaanong natutunaw at hindi maaaring magsilbi bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa karamihan ng mga herbivore. Ang enerhiya na nakapaloob sa dumi at dumi ay inililipat sa mga detritivores at decomposers, samakatuwid, para sa ecosystem sa kabuuan, hindi ito nawawala.

Ang mga hayop sa bukid ay palaging, kahit na pinananatili sa pastulan sa pastulan, ay nakikilala sa pamamagitan ng mas mataas na produktibo, ibig sabihin, ang kakayahang mas mahusay na gamitin ang natupok na feed upang lumikha ng mga produkto. pangunahing dahilan ay binubuo sa katotohanan na ang mga hayop na ito ay napalaya mula sa isang makabuluhang bahagi ng mga gastos sa enerhiya na nauugnay sa paghahanap ng pagkain, na may proteksyon mula sa mga kaaway, masamang panahon, atbp.

Ang pangunahing produktibidad ng isang ecosystem, komunidad, o anumang bahagi ng mga ito ay tinukoy bilang ang rate kung saan ang solar energy ay na-assimilated sa pamamagitan ng paggawa ng mga organismo (pangunahin ang mga berdeng halaman) sa panahon ng photosynthesis o chemical synthesis (chemoproducers). Ang enerhiya na ito ay naganap sa anyo ng mga organikong sangkap ng mga tisyu ng producer.

Nakaugalian na makilala ang apat na magkakasunod na yugto (o mga yugto) ng proseso ng paggawa ng organikong bagay:

kabuuang pangunahing produktibidad - ang kabuuang rate ng akumulasyon ng mga organikong sangkap ng mga producer (ang rate ng photosynthesis), kabilang ang mga ginugol sa paghinga at mga function ng secretory. Ang mga halaman ay gumagastos ng humigit-kumulang 20% ​​ng ginawang kemikal na enerhiya sa mahahalagang proseso;

netong pangunahing produktibidad - ang rate ng akumulasyon ng mga organikong sangkap na binawasan ang mga natupok sa panahon ng paghinga at pagtatago sa panahon ng pag-aaral. Ang enerhiya na ito ay maaaring gamitin ng mga organismo ng mga sumusunod na antas ng trophic;

produktibidad ng komunidad - ang rate ng kabuuang akumulasyon ng mga organikong bagay na natitira pagkatapos ng pagkonsumo ng mga heterotrophic na mamimili (net pangunahing produksyon na binawasan ang pagkonsumo ng mga heterotroph). Karaniwan itong sinusukat sa loob ng isang panahon, tulad ng panahon ng paglaki ng paglaki at pag-unlad ng halaman, o higit sa isang taon sa kabuuan;

pangalawang produktibidad - ang rate ng pag-iimbak ng enerhiya ng mga mamimili. Hindi ito nahahati sa "gross" at "net", dahil ang mga mamimili ay kumonsumo lamang ng dati nang nilikha (ready-made) na mga sustansya, ginugugol ang mga ito sa mga pangangailangan sa paghinga at pagtatago, at ginagawa ang natitira sa kanilang sariling mga tisyu. Taun-taon sa lupa, ang mga halaman ay bumubuo, sa mga tuntunin ng tuyong bagay, 1.7 10 11 tonelada ng biomass, katumbas ng 3.2 10 18 kJ ng enerhiya - ito ang netong pangunahing produktibidad. Gayunpaman, isinasaalang-alang ang halagang ginugol sa paghinga, ang kabuuang pangunahing produktibidad (kapasidad sa pagtatrabaho) ng mga pananim sa lupa ay humigit-kumulang 4.2 10 18 kJ.

Ang mga tagapagpahiwatig ng pangunahin at pangalawang produktibidad para sa pangunahing ecosystem ay ibinibigay sa Talahanayan. 8.1.

Talahanayan 8.1. Pangunahin at pangalawang produktibidad ng mga ecosystem ng Earth (ayon kay N. F. Reimers)

mga ekosistema	Lugar, miln km2	Average na netong pangunahing produktibidad, g / cm 2 bawat taon	Kabuuang netong pangunahing produktibidad, bilyong tonelada bawat taon	Pangalawang produktibidad, milyong tonelada bawat taon
Continental (sa kabuuan) kasama ang:
mga tropikal na rainforest			37,4
mapagtimpi evergreen na kagubatan			6,5
mapagtimpi na mga nangungulag na kagubatan			8,4
taiga			9,6
savannah			13,5
tundra			1,1
disyerto at semi-disyerto			1,6
mga latian			4,0
mga lawa at batis			0,5
lupang sinasaka ng tao			9,1
Marine (sa pangkalahatan) kabilang ang:			55,0
bukas na karagatan			41,5
upwellings (mga water rise zone)	0,4		0,2
continental shelf			9,6
reef at kelp bed	0,6		1,6
mga estero	1,4		2,1
biosphere (sa pangkalahatan)			170,0

Ang pangunahing produksyon na magagamit ng mga heterotroph, at ang tao ay partikular na kabilang sa kanila, ay isang maximum na 4% ng kabuuang solar energy na pumapasok sa ibabaw ng Earth. Dahil ang enerhiya ay nawawala sa bawat trophic na antas, para sa mga omnivorous na organismo (kabilang ang mga tao), ang pinaka-epektibong paraan ng pagkuha ng enerhiya ay ang pagkonsumo ng mga pagkaing halaman (vegetarianism). Gayunpaman, dapat ding isaalang-alang ang mga sumusunod:

protina ng hayop naglalaman ng higit pang mahahalagang amino acid, at ilang mga munggo lamang (halimbawa, toyo) ang malapit dito sa halaga;

Ang protina ng halaman ay mas mahirap na matunaw kaysa sa protina ng hayop, dahil sa pangangailangan na unang sirain ang matibay na mga pader ng cell;

Sa isang bilang ng mga ecosystem, ang mga hayop ay naghahanap ng pagkain sa isang malaking lugar kung saan hindi ito kumikita sa paglaki mga nilinang na halaman(ito ay mga tigang na lupain kung saan nanginginain ang mga tupa o reindeer).

Kaya, sa mga tao, humigit-kumulang 8% ng mga protina ang araw-araw na inilalabas mula sa katawan (na may ihi) at muling na-synthesize. Ang sapat na nutrisyon ay nangangailangan ng balanseng suplay ng mga amino acid, katulad ng matatagpuan sa mga tisyu ng hayop.

Sa kawalan ng anumang amino acid na mahalaga para sa katawan ng tao (halimbawa, sa mga cereal), isang mas maliit na proporsyon ng mga protina ang nasisipsip sa panahon ng metabolismo. Ang pagsasama-sama ng mga munggo at butil sa iyong diyeta ay nagbibigay ng mas mahusay na paggamit ng protina kaysa sa alinman sa mga pagkaing ito lamang.

Sa mas matabang tubig sa baybayin, ang produksyon ay nakakulong sa itaas na layer ng tubig na halos 30 m ang kapal, at sa mas malinis ngunit mas mahirap na tubig. mataas na dagat ang pangunahing production zone ay maaaring umabot nang kasing lalim ng 100 m o mas mababa. Samakatuwid, ang mga tubig sa baybayin ay lumilitaw na madilim na berde, habang ang karagatan ay asul. Sa lahat ng tubig, ang rurok ng photosynthesis ay nahuhulog sa layer ng tubig na matatagpuan nang direkta sa ilalim ng layer ng ibabaw, dahil ang phytoplankton na nagpapalipat-lipat sa tubig ay inangkop sa pag-iilaw ng takip-silim at ang maliwanag na sikat ng araw ay pumipigil sa mga proseso ng buhay nito.

Katulad na impormasyon.

Pangunahin at pangalawang produksyon. Isa sa ang pinakamahalagang katangian ecosystem - ang kakayahang lumikha ng organikong bagay, na tinatawag na mga produkto. Produktibidad ng ekosistema ay ang rate ng pagbuo ng produkto sa bawat yunit ng oras (oras, araw, taon) bawat yunit na lawak (metro kwadrado, ektarya) o dami (sa aquatic ecosystem). Ang organikong masa na nilikha ng mga prodyuser bawat yunit ng oras ay tinatawag pangunahing produkto pamayanan. Ito ay nahahati sa mahalay at malinis mga produkto. Kabuuang pangunahing produksyon ay ang dami ng organikong bagay na nilikha ng mga halaman bawat yunit ng oras sa isang naibigay na bilis ng photosynthesis. Ang bahagi ng produksyon na ito ay ginagamit upang mapanatili ang buhay ng mga halaman mismo (paggastos sa paghinga). Sa mapagtimpi at tropikal na kagubatan, ang mga halaman ay gumugugol mula 40 hanggang 70% ng kabuuang produksyon sa paghinga. Nailalarawan ang natitirang bahagi ng nilikhang organikong masa netong pangunahing produksyon, na kumakatawan sa rate ng paglago ng mga halaman. Ang pagiging pinoproseso sa mga kadena ng pagkain, napupunta ito upang lagyang muli ang masa ng mga heterotrophic na organismo.

pangalawang produksyon ay ang pagtaas ng masa ng mga mamimili kada yunit ng oras. Ito ay kinakalkula nang hiwalay para sa bawat antas ng tropiko. Ang mga mamimili ay nabubuhay mula sa netong pangunahing produksyon ng komunidad. Sa iba't ibang ecosystem, ginugugol nila ito nang may iba't ibang pagkakumpleto. Kung ang rate ng pag-alis ng pangunahing produksyon sa mga kadena ng pagkain ay nahuhuli sa rate ng paglago ng mga halaman, kung gayon ito ay humahantong sa isang unti-unting pagtaas sa biomass ng mga producer. Biomass ay ang kabuuang masa ng mga organismo ng isang grupo o ng buong komunidad sa kabuuan. Sa mga matatag na komunidad na may balanseng cycle ng mga substance, lahat ng produkto ay ginugugol sa mga food chain at ang biomass ay nananatiling pare-pareho.

Ang produksyon at biomass ng mga ecosystem ay hindi lamang isang mapagkukunang ginagamit para sa pagkain, ang papel na bumubuo sa kapaligiran at nagpapatatag sa kapaligiran ng mga ecosystem ay direktang nakasalalay sa mga tagapagpahiwatig na ito: ang intensity ng pagsipsip ng carbon dioxide at paglabas ng oxygen ng mga halaman, regulasyon balanse ng tubig mga teritoryo, pagsugpo ng ingay, atbp. Ang biomass, kabilang ang mga patay na organikong bagay, ay ang pangunahing imbakan ng mga konsentrasyon ng carbon sa lupa. Ang teoretikal na hinulaang rate ng paglikha ng mga pangunahing biological na produkto ay tinutukoy ng mga kakayahan ng photosynthetic apparatus ng mga halaman. Tulad ng alam mo, 44% lamang ng solar radiation ang photosynthetically active radiation (PAR) - sa isang wavelength na angkop para sa photosynthesis. Ang pinakamataas na kahusayan ng photosynthesis na nakamit sa kalikasan ay 10–12% ng PAR energy, na halos kalahati ng theoretically possible. Ito ay ipinagdiriwang sa pinaka-kanais-nais na mga kondisyon. Sa pangkalahatan, ang asimilasyon ng solar energy ng mga halaman sa buong mundo ay hindi lalampas sa 0.1%, dahil ang aktibidad ng photosynthetic ng mga halaman ay limitado ng maraming mga kadahilanan: kakulangan ng init at kahalumigmigan, hindi kanais-nais na mga kondisyon ng lupa, atbp. Ang pagiging produktibo ng mga halaman ay nagbabago hindi lamang sa panahon ng paglipat mula sa isang klimatiko zone patungo sa isa pa, kundi pati na rin sa loob ng bawat zone (Talahanayan 2.) Sa teritoryo ng Russia, sa mga zone ng sapat na kahalumigmigan, ang pangunahing produktibo ay tumataas mula hilaga hanggang timog, na may pagtaas sa init. pag-agos at ang tagal ng lumalagong panahon. Ang taunang paglaki ng mga halaman ay nag-iiba mula 20 c/ha sa baybayin ng Arctic Ocean hanggang 200 c/ha sa Black Sea baybayin ng Caucasus. Ang pinakamalaking pagtaas sa masa ng halaman ay umabot sa average na 25 g / m 2 bawat araw sa ilalim ng napakahusay na mga kondisyon, na may mataas na supply ng mga halaman na may tubig, liwanag at mineral. Sa malalaking lugar, ang produktibo ng halaman ay hindi lalampas sa 0.1 g / m 2: sa mainit at polar na mga disyerto at malawak. mga panloob na espasyo karagatan na may matinding kakulangan sa nutrisyon para sa algae.

talahanayan 2

Biomass at pangunahing produktibidad ng mga pangunahing uri ng ecosystem

(ayon kay T.A. Akimova, V.V. Khaskin, 1994)

mga ekosistema	Biomass, t/ha	Produksyon, t/ha taon
disyerto	0,1 – 0,5	0,1 – 0,5
Mga sona ng gitnang karagatan	0,2 – 1,5	0,5 – 2,5
polar sea	1 – 7	3 – 6
Tundra	1 – 8	1 – 4
Steppes	5 – 12	3 – 8
Agrocenoses	–	3 – 10
Savannah	8 – 20	4 – 15
Taiga	70 – 150	5 – 10
nangungulag na kagubatan	100 – 250	10 – 30
basa isang tropikal na kagubatan	500 – 1500	25 – 60
coral reef	15 – 50	50 – 120

Para sa limang kontinente ng mundo, ang average na produktibidad ng mga ecosystem ay medyo naiiba (82–103 c/ha bawat taon). Ang pagbubukod ay South America (209 c/ha bawat taon), kung saan ang karamihan sa mga kondisyon para sa buhay ng mga halaman ay napaka-kanais-nais.

Ang kabuuang taunang produksyon ng tuyong organikong bagay sa Earth ay 150–200 bilyong tonelada. Mahigit sa isang katlo nito ay nabuo sa mga karagatan, mga dalawang katlo - sa lupa.

Halos lahat ng netong pangunahing produksyon ng Earth ay nagsisilbi upang mapanatili ang buhay ng lahat ng heterotrophic na organismo. Ang nutrisyon ng tao ay pangunahing ibinibigay ng mga pananim na pang-agrikultura, na sumasakop sa humigit-kumulang 10% ng lugar ng lupa. Ang mga lugar na pang-agrikultura, sa kanilang makatwirang paggamit at pamamahagi ng mga produkto, ay maaaring magbigay ng pagkain ng halaman para sa humigit-kumulang dalawang beses sa populasyon ng planeta kaysa sa kasalukuyan. Mas mahirap bigyan ang populasyon ng mga pangalawang produkto. Ang mga mapagkukunang makukuha sa Earth, kabilang ang mga produkto ng hayop at ang mga resulta ng pangisdaan sa lupa at sa karagatan, ay maaaring magbigay taun-taon ng mas mababa sa 50% ng mga pangangailangan ng modernong populasyon ng Earth. Dahil dito, karamihan sa populasyon ng mundo ay nasa isang estado ng talamak na gutom sa protina. Kaugnay nito, ang pagtaas ng biological productivity ng mga ecosystem at lalo na ang mga pangalawang produkto ay isa sa mga kritikal na gawain sangkatauhan.

ecological pyramid. Ang bawat ecosystem ay may kanya-kanyang sarili trophic na istraktura, na maaaring ipahayag alinman sa pamamagitan ng bilang ng mga indibidwal sa bawat antas ng trophic, o sa pamamagitan ng kanilang biomass, o sa pamamagitan ng dami ng enerhiya na naayos sa bawat unit area bawat yunit ng oras sa bawat kasunod na antas ng trophic. Sa graphically, ito ay karaniwang kinakatawan bilang isang pyramid, ang base nito ay ang unang trophic level, at ang mga kasunod ay bumubuo sa mga sahig at tuktok ng pyramid.

kanin. 17. Pinasimpleng diagram ng pyramid of numbers (ayon kay G.A. Novikov, 1979)

Mayroong tatlong pangunahing uri ecological pyramid– mga numero, biomass at produksyon (o enerhiya).

Pyramid ng mga numero sumasalamin sa pamamahagi ng mga indibidwal sa pamamagitan ng trophic na antas. Ito ay itinatag na sa mga kadena ng pagkain, kung saan ang paglipat ng enerhiya ay nangyayari pangunahin sa pamamagitan ng mga koneksyon ng predator-prey, ang panuntunan ay madalas na sinusunod: kabuuang bilang Ang mga indibidwal sa mga kadena ng pagkain sa bawat kasunod na antas ng trophic ay bumababa(Larawan 17).

Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga mandaragit, bilang panuntunan, ay mas malaki kaysa sa kanilang mga biktima, at ang isang mandaragit ay nangangailangan ng ilang mga biktima upang mapanatili ang buhay nito. Halimbawa, ang isang leon ay nangangailangan ng 50 zebra bawat taon. Gayunpaman, may mga pagbubukod sa panuntunang ito. Ang mga lobo, na magkasamang nangangaso, ay maaaring pumatay ng biktima na mas malaki kaysa sa kanilang sarili (halimbawa, usa). Ang mga gagamba at ahas, na nagtataglay ng lason, ay pumapatay ng malalaking hayop.

biomass pyramid sumasalamin sa kabuuang masa ng mga organismo ng bawat antas ng tropiko. Sa karamihan ng mga terrestrial ecosystem, ang kabuuang masa ng mga halaman ay mas malaki kaysa sa biomass ng lahat ng mga herbivorous na organismo, at ang masa ng huli, sa turn, ay lumampas sa masa ng lahat ng mga mandaragit (Fig. 18)

			Z F

Coral reef Pelagial deposit

kanin. 18. Pyramids ng biomass sa ilang biocenoses (ayon kay F. Dre, 1976):

P - mga producer, RK - mga consumer ng halaman, PC - mga carnivorous na consumer, P - phytoplankton, Z - zooplankton

Sa mga karagatan at dagat, kung saan ang mga pangunahing producer ay unicellular algae, ang biomass pyramid ay baligtad. Dito, ang lahat ng netong pangunahing produksyon ay mabilis na kasangkot sa mga kadena ng pagkain, ang akumulasyon ng algae biomass ay napakaliit, at ang kanilang mga mamimili ay mas malaki at may mahabang buhay, kaya ang kalakaran patungo sa biomass accumulation ay nananaig sa mas mataas na antas ng trophic.

Pyramid ng mga produkto (enerhiya) nagbibigay ng pinakamaraming buong view tungkol sa functional na organisasyon komunidad, dahil sinasalamin nito ang mga batas ng paggasta ng enerhiya sa mga kadena ng pagkain: ang dami ng enerhiya na nilalaman ng mga organismo sa bawat kasunod na trophic level ng food chain ay mas mababa kaysa sa nakaraang antas.

kanin. 19. Product pyramid

Ang dami ng produksyon na nabuo sa bawat yunit ng oras sa iba't ibang antas ng trophic ay sumusunod sa parehong tuntunin na katangian ng enerhiya: sa bawat kasunod na antas ng food chain, ang dami ng mga produktong nilikha sa bawat yunit ng oras ay mas mababa kaysa sa nauna.. Ang panuntunang ito ay pangkalahatan at nalalapat sa lahat ng uri ng ecosystem (Larawan 19). Ang mga piramide ng enerhiya ay hindi kailanman baligtad.

Ang pag-aaral ng mga batas ng produktibidad ng ecosystem, ang kakayahang mabilang ang daloy ng enerhiya ay lubhang mahalaga sa sa praktikal na termino, dahil ang pangunahing produksyon ng mga agrocenoses at natural na komunidad na pinagsamantalahan ng tao ang pangunahing pinagkukunan ng pagkain para sa sangkatauhan. Hindi gaanong mahalaga ang mga pangalawang produkto na nakuha mula sa mga hayop sa bukid. Tumpak na mga kalkulasyon Ang mga daloy ng enerhiya sa sukat ng produktibidad ng ecosystem ay ginagawang posible upang makontrol ang cycle ng mga sangkap sa kanila sa paraang makamit ang pinakamalaking ani ng mga produktong kapaki-pakinabang sa mga tao. Sa wakas, napakahalaga na magkaroon ng mahusay na pag-unawa sa mga pinapayagang limitasyon para sa pag-alis ng biomass ng halaman at hayop mula sa mga natural na sistema upang hindi masira ang kanilang produktibidad.

Dinamika ng ekosistema

Ang mga ekosistem ay patuloy na nagbabago at umuunlad sa ilalim ng impluwensya ng maraming endogenous at exogenous na mga kadahilanan. Dynamism ay isa sa pangunahing katangian ecosystem, na sumasalamin hindi lamang sa kanilang pag-asa sa isang kumplikadong mga kadahilanan, kundi pati na rin sa adaptive na tugon ng system sa kabuuan sa kanilang epekto. Ang lahat ng magkakaibang pagbabago na nagaganap sa alinmang komunidad ay inuri sa dalawang pangunahing uri: paikot at progresibo.

Mga paikot na pagbabago sumasalamin sa pang-araw-araw, pana-panahon at pangmatagalang periodicity panlabas na kondisyon at mga pagpapakita ng endogenous na ritmo ng mga organismo.

Araw-araw na dinamika ng mga ekosistema kadalasang nauugnay sa ritmo. natural na phenomena: pagbabago sa temperatura, halumigmig, kondisyon ng pag-iilaw at iba pang mga kadahilanan araw at gabi. Tulad ng nalalaman, sa mga halaman sa araw ang intensity at likas na katangian ng mga proseso ng physiological - photosynthesis, respiration, transpiration - pagbabago. Sa mga hayop, ang likas na katangian ng aktibidad ng mga species na iyon na naiiba sa pang-araw-araw na ritmo ng aktibidad ng buhay ay nagbabago. Kaya, sa mga kagubatan ng mapagtimpi zone sa araw, ang mga insekto, ibon at iba pang mga hayop na nakikilala sa pamamagitan ng aktibidad sa araw ay nangingibabaw sa biocenosis, sa gabi ang aktibidad ng mga species ng nocturnal na hayop (moths, owls, nightjars, maraming mammal, atbp. ) nauna. Sa mga disyerto sa araw sa tanghali, mayroong isang matalim na pagbaba sa aktibidad ng karamihan sa mga species, kahit na ang mga nakikilala sa pamamagitan ng aktibidad sa araw. Bukod dito, sa panahon ng tag-init, kapag ang mga pagbabago sa temperatura sa araw ay pinakamatindi, ang ilang uri ng pang-araw-araw ay nagbabago ng kanilang pattern ng aktibidad sa takip-silim o kahit sa gabi (ilang mga insekto, ahas, atbp.).

Ang paghihiwalay ng mga panahon ng aktibidad sa oras ay binabawasan ang antas ng direktang kumpetisyon sa pagitan ng mga species ng komunidad at sa gayon ay ginagawang posible para sa mga species na may katulad na mga kinakailangan sa ekolohiya na magkakasamang mabuhay at nag-aambag sa isang mas kumpletong paggamit ng mga mapagkukunan sa kapaligiran.

pana-panahong pagkakaiba-iba nakakaapekto sa mas pangunahing mga katangian ng mga ecosystem. Una sa lahat, ito ay may kinalaman sa komposisyon ng mga species ng biocenoses. Sa hindi kanais-nais na mga panahon ng taon, ang ilang mga species ay lumilipat sa mga lugar na may ang pinakamahusay na mga kondisyon pag-iral, ang iba ay nagtitiis ng hindi kanais-nais na mga panahon sa isang estado ng pahinga, hibernation, pagkahilo, o sa yugto ng mga itlog at buto, i.e. halos ganap na naka-on tiyak na oras taon ay hindi kasama sa buhay ng komunidad. Sa lahat ng kaso, ang pagbaba sa bilang aktibong species nagsasangkot ng pagbaba pangkalahatang antas biological cycle mga sangkap. Ang pana-panahong pagkakaiba-iba ng biocenoses ay pinaka-malinaw na ipinahayag sa mga klimatiko na zone na nailalarawan sa pamamagitan ng matalim na pagbabago sa mga pisikal na parameter ng kapaligiran sa tag-araw at taglamig. Sa mga tropiko, ito ay hindi masyadong maindayog na ipinahayag, dahil ang haba ng araw, temperatura at halumigmig ay napakaliit na nagbabago sa taon.

Pangmatagalang pagkakaiba-iba depende sa mga pagbabago sa paglipas ng mga taon sa pag-ulan, temperatura, o iba pa panlabas na mga kadahilanan nakakaapekto sa komunidad. Bilang karagdagan, maaari itong maiugnay sa mga katangian ng siklo ng buhay ng mga halamang nakapagpapatibay, kasama ang mass reproduction ng mga hayop o mga pathogenic microorganism para sa mga halaman. Halimbawa, sa mga tuyong tag-araw, sa normal na upland meadows sa forest zone, ang mga species ng halaman na may mga palatandaan ng xeromorphic na organisasyon at tumaas na paglaban sa tagtuyot ay madalas na umuunlad (mountain clover, medium plantain, plain wormwood, silver cinquefoil, atbp.), habang sa wet years ang kanilang kasaganaan ay kapansin-pansing nabawasan. Ang mga pangmatagalang pagbabago sa komposisyon ng biocenoses ay nauulit pagkatapos ng panaka-nakang pagbabago sa klima.

Sa proseso ng mga paikot na pagbabago, ang integridad ng mga komunidad ay karaniwang pinapanatili. Ang biocenosis ay nakakaranas lamang ng panaka-nakang pagbabagu-bago sa quantitative at qualitative na mga katangian.

Mga progresibong pagbabago sa isang ecosystem ay nagreresulta sa pagpapalit ng isang komunidad ng isa pa. Ang mga dahilan para sa naturang mga pagbabago ay maaaring mga salik na panlabas sa biocenosis, matagal na panahon kumikilos sa isang direksyon, halimbawa, waterlogging ng mga lupa, tumaas na grazing, atbp. Tinatawag ang datos ng pagbabago ng isang pamayanan sa isa pa exogenous. Ang mga pagbabagong humahantong sa pagpapasimple ng istruktura ng komunidad, paghina ng komposisyon ng mga species nito at pagbaba sa produktibidad ay tinatawag na mga digression.

Endogenetic Lumilitaw ang mga pagbabago bilang resulta ng mga prosesong nagaganap sa loob mismo ng komunidad. Isang natural na proseso ng pagbabago ng komunidad bilang resulta ng interaksyon ng mga buhay na organismo sa isa't isa at sa kanilang kapaligiran abiotic na kapaligiran tinawag sunod-sunod. Ang pagkakasunud-sunod ay batay sa hindi kumpleto ng biological cycle sa biocenosis na ito. Ang mga populasyon sa pangmatagalang pag-iral sa komunidad ay nagbabago sa mga kondisyon ng kapaligiran sa isang hindi kanais-nais na direksyon para sa kanilang sarili at pinipilit na palabasin ng mga populasyon ng iba pang mga species, kung saan ang mga sanhi ng mga pagbabago sa kapaligiran ay naging kanais-nais. Kaya, sa komunidad ay may pagbabago sa dominanteng species.

Ang pangmatagalang pagkakaroon ng isang biocenosis ay posible lamang kung ang mga pagbabago sa kapaligiran na dulot ng aktibidad ng ilang mga species ng mga organismo ay paborable para sa iba na may kabaligtaran na mga kinakailangan. Ang sunud-sunod na serye ng regular na pagpapalit sa isa't isa sa sunud-sunod na mga komunidad ay tinatawag sunod-sunod na serye.

Ang mga sunud-sunod sa kalikasan ay makikita sa lahat ng dako: sa mga puddles at pond, sa mga dahon ng basura, sa mga inabandunang lupang taniman, parang, mga clearing, atbp. Kahit na sa matatag na ecosystem, maraming lokal na sunud-sunod na pagbabago ang unti-unting nagaganap, na sumusuporta sa kumplikadong panloob na istruktura ng mga komunidad.

Mayroong dalawang pangunahing uri ng sunud-sunod na pagbabago: 1) na may partisipasyon ng parehong autotrophic at heterotrophic na organismo; 2) kinasasangkutan lamang ng mga heterotroph. Ang mga sunod-sunod na uri ng pangalawang uri ay nangyayari lamang sa mga kondisyon kung saan mayroong supply o patuloy na supply mga organikong compound, dahil sa kung saan umiiral ang komunidad, halimbawa, sa mga tambak ng pataba o compost, mga akumulasyon ng nabubulok na mga labi ng halaman, sa mga kuweba, atbp. Ang mga sunod-sunod na pagbabago ng mga halaman ay maaaring pangunahin at pangalawa.

Pangunahing sunod-sunod magsimula sa mga lugar na walang buhay - sa mga bato, maluwag na buhangin, mga dump ng industriya ng pagmimina. Ang proseso ng paghalili ay kinabibilangan ng ilang yugto: 1) ang paglitaw ng isang lugar na walang tao; 2) paglipat ng mga organismo o ang kanilang mga simulain dito; 3) ang kanilang kaligtasan sa lugar na ito; 4) ang kanilang kumpetisyon sa kanilang sarili at ang paglilipat ng ilang mga species; 5) pagbabago ng mga tirahan ng mga nabubuhay na organismo, unti-unting pagpapapanatag ng mga kondisyon at relasyon. Ang pagpapakilala ng mga spores, buto, at ang pagtagos ng mga hayop sa bakanteng lugar ay nangyayari sa pamamagitan ng pagkakataon at depende sa kung anong mga species ang naroroon sa nakapalibot na biotopes. Sa mga species na nakahanap ng kanilang paraan sa isang bagong lugar, tanging ang mga ekolohikal na pangangailangan ay tumutugma sa mga kondisyon ng abiotic ng ibinigay na tirahan ang naayos. Ang mga bagong species ay unti-unting nakakabisa sa biotope, nakikipagkumpitensya sa isa't isa at pinipilit ang mga species na hindi naaangkop sa mga kondisyong ito. Sa paglipas ng panahon, parehong nangyayari ang muling pagsasaayos ng komunidad at pagbabago ng tirahan. Ang pangunahing papel ay nabibilang sa akumulasyon ng mga patay na nalalabi ng halaman o mga produkto ng agnas. Unti-unting nabuo ang lupa, nagbabago hydrological na rehimen site, ang microclimate nito.

Ang labis na paglaki ng mga bato ay maaaring magsilbi bilang isang halimbawa ng pangunahing sunod-sunod. Ang komunidad ng mga unang nanirahan sa mga bato ay binubuo ng chemotrophic at nitrogen-fixing bacteria at ilang algae (pangunahin na asul-berde at diatoms). Ang pagkamatay ng mga organismong ito ay nagsisimula sa akumulasyon ng mga patay na organikong bagay sa bato, na nagbibigay ng pagkain para sa fungi. Fungi sa symbiosis na may algae form lichens. Sinisira ng mga komunidad ng mga scale lichen ang mineral na bato sa kanilang mga pagtatago, na humahantong sa akumulasyon ng pinong lupa sa ibabaw ng bato, na humahawak sa mga patay organikong bagay at mga solusyon mga mineral na asing-gamot. Lumilikha ito ng isang lupa na angkop na para sa mas malaki at mas hinihingi na mga halaman. Ang mga komunidad ng foliose at fruticose lichens at mosses ay nabubuo dito, na nag-aalis ng mga scale lichen. Sa pagpapalapot ng layer ng pinong lupa, nagiging posible para sa mga mala-damo na halaman na may mababaw na sistema ng ugat na mag-ugat dito, at pagkatapos ay mga palumpong at puno.

Mga pangalawang sunod ay mga pagbabago sa pagbawi. Nagsisimula sila kung saan ang mga naitatag na komunidad ay bahagyang nababagabag, halimbawa, bilang resulta ng pagputol, sunog, pagpapastol, atbp. Ang mga pagbabago na humahantong sa pagpapanumbalik ng nakaraang komposisyon ng biocenosis ay tinatawag demutational. Ang isang halimbawa ay ang pagpapanumbalik ng kagubatan ng spruce pagkatapos putulin. Sa unang dalawang taon, ang mga halamang mala-damo na mapagmahal sa liwanag ay karaniwang tumutubo sa mga clearing - willow-herb, reed grass, stinging nettle, atbp. Spruce seedlings on bukas na mga lugar ay napinsala ng hamog na nagyelo, nagdurusa sa sobrang pag-init at hindi maaaring makipagkumpitensya sa mga halaman na mapagmahal sa liwanag. Sa lalong madaling panahon, maraming mga punla ng birch, aspen, at pine ang lumilitaw sa clearing, na ang mga buto ay madaling nakakalat sa pamamagitan ng hangin. Pinapalitan ng mga puno ang mala-damo na halaman na mahilig sa liwanag, at maliit ang dahon o kagubatan ng pino, kung saan ang mga kondisyon na kanais-nais para sa pag-renew ng spruce ay lumitaw. Kapag ang spruce ay umabot sa itaas na baitang, ganap nitong pinapalitan ang maliliit na dahon na puno.

Ang mga pagbabago sa pagbawi ay mas mabilis at mas madali kaysa sa mga pangunahing sunod-sunod, dahil ang profile ng lupa, mga buto, primordia, at bahagi ng dating populasyon ay napanatili sa nababagabag na komunidad. Ang rate ng patuloy na mga pagbabago sa proseso ng paghalili ay unti-unting bumabagal. Ang bawat kasunod na yugto ay tumatagal ng mas mahaba kaysa sa nauna. Ang resulta ng sunud-sunod ay ang pagbuo kasukdulan komunidad. Ang mga unang pagpapangkat ng mga species ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakadakilang dinamismo at kawalang-tatag. Ang mga komunidad ng Climax ay may kakayahang pangmatagalang pagpapanatili sa sarili, dahil balanse ang sirkulasyon ng mga sangkap sa kanila. Sa kurso ng sunud-sunod, ang pagkakaiba-iba ng mga species ay unti-unting tumataas, bilang isang resulta kung saan ang mga koneksyon sa loob ng biocenosis ay nagiging mas kumplikado at ang mga kakayahan sa regulasyon sa loob ng system ay tumataas. Sa mga immature na komunidad, small-sized species na may maikli mga siklo ng buhay at mataas na potensyal pag-aanak. Unti-unti, lumilitaw ang malalaking anyo na may mahabang yugto ng pag-unlad sa mga umuunlad na komunidad. Ang pagtaas ng biological diversity ay humahantong sa isang mas malinaw na pamamahagi ng mga organismo ayon sa ekolohikal na mga niches. Bilang resulta, ang mga komunidad ay nakakakuha ng isang tiyak na antas ng kalayaan mula sa mga kondisyon ng kapaligiran, hindi sumasailalim sa kanilang buhay sa pagbabago. panlabas na kapaligiran, ngunit sa pamamagitan ng pagbuo ng kanilang sariling mga endogenous na ritmo.

Sa panahon ng sunud-sunod, ang kabuuang biomass ng system ay nagpapatatag. Ito ay dahil sa mga unang yugto ng sunud-sunod, kapag ang komposisyon ng mga species ng mga komunidad ay mahirap pa rin at ang mga kadena ng pagkain ay maikli, hindi lahat ng netong produksyon ay kinakain ng mga heterotroph. Samakatuwid, pareho ang kabuuang masa ng mga buhay na organismo at ang mga reserba ng patay, hindi nabubulok na bagay ay naipon. Sa mga mature, stable na ecosystem, ang buong taunang paglaki ng mga halaman ay kinakain sa food chain ng mga heterotroph, kaya ang net production ng biocenosis ay lumalapit sa zero.

Ang kaalaman sa mga pattern na ito ay pinakamahalaga sa praktikal na gawain tao. Pag-alis ng labis sa mga purong produkto mula sa mga biocenoses na matatagpuan sa mga paunang yugto sunud-sunod, inaantala natin ito, ngunit hindi natin sinisira ang pundasyon ng pagkakaroon ng komunidad. Ang interbensyon sa climax ecosystem ay hindi maiiwasang magdulot ng paglabag sa kasalukuyang balanse. Hangga't ang mga kaguluhan ay hindi lalampas sa kakayahan sa pagpapagaling sa sarili ng biocenosis, ang mga demutative shift ay maaaring ibalik ito sa orihinal nitong estado. Ngunit kung ang puwersa ng impluwensya ay lumampas sa mga posibilidad na ito, ang komunidad ay unti-unting humihina, na pinapalitan ng mga derivatives na may mababang kakayahang mag-renew ng sarili.