Понятие продуктивности экосистем — 1 клас, Биология

Продуктивность – это свойство организма преобразовывать неорганическое вещество в свою биомассу.

Биомасса – это совокупность органического вещества всех организмов. Выделяют две формы биомассы: живуюи неживую (например, кора и древесина).

Чаще всего продуктивность рассчитывают на единицу площади экосистемы

Продуктивность – это прирост биомассы за единицу времени.

Выделяют первичную и вторичную продукцию.

Первичная продукция – биомасса продуцента, накопленная в результате фотосинтеза или хемосинтеза.

Вторичная продукция – суммарная биомасса консументов и редуцентов.

Вся продуктивность наземных и абсолютного большинства водных экосистем обеспечивается солнечной энергией.

Автотрофные фотосинтетические организмы непосредственно используют солнечную энергию для синтеза органического вещества, а гетеротрофные организмы используют готовое органическое вещество, синтезированное с помощью солнечной энергии или энергии химических реакций. Небольшой вклад вносят хемосинтетики, но они, как продуценты, играют роль в экстремальных местообитаниях (например, в толще земли или дне океана).

Лишь часть энергии света, попадающая на земную поверхность, может быть использована продуцентами. Из коротковолнового излучения 44% света используется фототрофами в процессе фотосинтеза.

Эта часть спектра называется фотосинтетической радиацией, или ФАР. Но и ФАР используется не полностью, потому что часть солнечных лучей попадает на поверхность, где нет растений, а лучи, попавшие на растения, могут отражаться или проходить его насквозь.

Около 25% ФАР накапливается в виде органического вещества растений. При этом около 50% накопленного вещества в умеренной зоне используется самими растениями для дыхания и превращается в углекислый газ. Для тропических фитоценозов эта величина доходит до 80%.

Вся биомасса, полученная в результате фотосинтеза, называетсяваловой первичной продукцией.

Часть биомассы, которая не была израсходована на дыхание, а пошла на строительство функциональных частей растений, называется чистой первичной продукцией.

Для консументов доступна только чистая первичная продукция.

Продуктивность экосистем зависит от температуры, потому что температура связана с интенсивностью солнечной радиации. Величина чистой первичной продукции уменьшается от линии от экватора к полюсам. При высокой температуре лимитирующим фактором является доступность воды. Поэтому при одной и той же температуре экосистема, которая лучше снабжена водой, будет продуктивнее, чем экосистема в более сухом месте.

Максимальная продуктивность экосистем тропических лесов, которые занимают менее 5% поверхности Земли, но производят около 30% чистой первичной продукции на планете (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид тропического леса – самой продуктивной наземной экосистемы Земли

Достаточно высока продуктивность лесов умеренной зоны, занимая 2,5% поверхности Земли, они производят 10% чистой первичной продукции планеты. Заметно ниже продуктивность северных лесов, саванн и степи (см. видео).

Самая низкая продуктивность у пустынь, а также тундр. Вместе они занимают около 10% всей земной поверхности, но производят всего около 1% суммарной биомассы (см. видео).

Заметный вклад в формирование первичной продукции вносят продуценты Мирового океана. Первичная продукция Мирового океана составляет около 30% от всей продукции планеты. То есть приблизительно столько же, сколько производят тропические леса, но Мировой океан занимает три четверти поверхности Земли.

Таким образом, относительная продуктивность открытого океана ниже, чем у лесных систем.

Некоторый вклад в общую продукцию вносят продуценты пресных вод. Продуктивность всех рек и озер в несколько раз ниже, чем продуктивность болот.

По относительной продуктивности болота обгоняют большинство экосистем, уступая только влажным лесам (рис. 2).

Рис. 2. Болото – один из наиболее продуктивных биоценозов, уступающий по первичной продукции только тропическим лесам

Человек все меньше зависит от продуктивности естественных фитоценозов и все больше ориентируется на продуктивность возделываемых полей. Суммарное количество агроценозов сопоставимо с продукцией северных лесов. При этом продуктивность разных агроценозов очень сильно отличается друг от друга.

Растения используют для фотосинтеза очень узкий спектр солнечной энергии. Активируют растительные пигменты лучи с длиной волн от 380 до 760 нм. Этот спектр неравномерно используется растениями.

Для фотосинтеза большое значение имеют красно-оранжевые лучи с длиной волны 600–700 нм и фиолетово-голубые с длиной волны 400–500 нм. Наименьшее значение имеют желто-зеленые 500–600 нм (рис. 3).

Рис. 3. Пики поглощения света с разной длиной волны фотосинтезирующими пигментами

Лучи, разного спектра имеют разную проницаемость в воде, поэтому водоросли вынуждены использовать только ту часть ФАР, которая до них доходит. Поэтому водоросли часто могут быть не зелеными, а бурыми или красными (см. видео).