Біомаса. Продуктивність екосистем. Класифікація екосистем

Біомаса. Продуктивність екосистем

Біомаса — це кількість живої речовини (в одиницях маси), що припадає на одиницю площі або об'єму (т/м кв, г/м кв). Біомаса може бути також виражена в енергетичних одиницях, які містяться у відповідній одиниці маси живої речовини (в джоулях). Залежно від походження розрізняють фіто-, зоо- та бактеріомасу.

Продуктивність екосистем — це кількість органічної речовини (в одиницях маси або енергії), що виробляється з одиниці поверхні за одиницю часу. Наприклад, продуктивність тропічного лісу — кг / на м кв за рік тощо.

Продуктивність біологічна (екосистем) буває первинною, вторинною, чистою й валовою.

Первинна продуктивність (або продукція) — це біомаса або енергія, створена продуцентами за одиницю часу на одиницю простору. Розрізняють валову первинну продуктивність (ВПП) — швидкість, з якою сонячна енергія перетворюється продуцентами на органічну сполуку під час фотосинтезу (її виражають в кал / м кв в годину), і чисту первинну продуктивність (ЧПП) — енергію, що іде на приріст або поглинається деструкторами:

Можна сказати, що валова первинна продуктивність (ВПП) — це енергія, фіксована в процесі фотосинтезу, а чиста первинна продуктивність (ЧПП) — швидкість приросту біомаси, яка може бути засвоєна гетеротрофними організмами. У тропічних лісах на дихання йде 70-80% енергії, в лісах помірної зони — 50-75% (Одум, 1989).

Вторинна продуктивність (або вторинна продукція) — загальна кількість органічної речовини, яка вироблена всіма гетеротрофами на одиницю площі за одиницю часу. Вторинна продуктивність також поділяється на валову й чисту.

З 1964 по 1974 роки вчені світу брали участь у створенні Міжнародної біологічної програми (МБП). її метою був збір інформації про продуктивність екосистем. За їх даними, чиста первинна продуктивність (ЧПП) екосистем суходолу складає 110-120 мільярдів тонн сухої речовини на рік, а продуктивність водних екосистем морів та океанів — 50-60 мільярдів тонн сухої речовини (Бігон, Харпер, 1989).

За даними цієї програми, продуктивність 30% суходолу та 90%площі океанів складає 400 г/м кв · рік. Це фактично біологічні пустелі.

Найбільш продуктивними є:

• екваторіальні ліси,
• мангрові ліси,
• дощові тропічні ліси,
• болота,
• естуарії,
• коралові рифи.

Їх продуктивність — 3500-4000 г/м кв · рік.

Фактори, що лімітують первинну продукцію на суходолі: світло, СO₂, Н₂O, мінеральні речовини, низький рівень фотосинтетичних процесів (рідко буває більшим, ніж 10% ФАР).

Фактори, що лімітують первинну продукцію водних екосистем: біогенні елементи, світло, температура. Високопродуктивні водні екосистеми (естуарії, внутрішній шельф, зони океанічних апвелінгів (рис. 31) мають велику кількість біогенних елементів у воді.

Рис. 31. Продуктивність фітопланктону та концентрація біогенних елементів у водних екосистемах (за М. Бігоном, Дж. Харпером, К. Таунсендом, 1989)

Через існування апвелінгів арктичні й антарктичні водні екосистеми найбільш продуктивні (рис. 32).

Рис. 32. Кількість мікроорганізмів водної екосистеми, що містяться в пробах, взятих з глибини 50 метрів, в залежності від географічної широти

Шляхи підвищення біологічної продуктивності екосистем

Велика частина планети вкрита океаном і пустелями, які мають дуже низьку первинну продуктивність (біологічні пустелі). Висока первинна продуктивність спостерігається лише в деяких районах.

Іригація та використання пустель під ріллю не завжди реальні. Виникають такі екологічні проблеми, як засолення грунтів та інші.

Розорюваність земель, знищення лісів і відведення звільнених земель під ріллю також мають негативні екологічні наслідки. Вітрова й водна ерозія швидко руйнують ґрунтовий покрив, знижується продуктивність екосистем, ідуть процеси утворення пустель і напівпустель.

У XX столітті підвищення продуктивності екосистем, як первинної так і вторинної, відбулося в основному за рахунок селекції рослин і тварин. Але й досі люди не мають достатньої кількості продуктів білкового походження (Одум, 1989).

Збільшення продуктивності екосистем за рахунок підвищення продуктивності фотосинтезу — задача, яка потребує вирішення. Відомо, що збільшення освітлення не підвищує, а знижує інтенсивність фотосинтезу. Людство ще не навчилося керувати процесом фотосинтезу.

Класифікація екосистем

Оскільки енергія є головною рушійною силою усіх екосистем, то в основу їх класифікації покладений саме енергетичний принцип. За Ю. Одумом (1989) виділяють чотири типи екосистем:

1. Природні екосистеми, які отримують тільки енергію Сонця. Це відкриті океани, великі площі гірських лісів, глибокі озера. Вони займають понад 70% площі земної кулі й мають низьку продуктивність. Проте значення їх на планеті велике, оскільки вони беруть участь у кругообігу води, формують клімат, очищують повітря, підтримують гомеостаз біосфери.
2. Природні екосистеми, які отримують енергію Сонця та інших природних джерел енергії. Крім Сонця, вони використовують енергію вітру, дощу, припливів, прибою, течій. Прикладом такої екосистеми можуть бути естуарії.
3. Екосистеми, що отримують енергію від Сонця, а також від людини. Наприклад, наземні й водні екосистеми, про які Ю. Одум писав, що хліб, рис, кукурудза, картопля частково зроблені з нафти (Одум, 1989).
4. Штучні екосистеми, що існують завдяки енергії Сонця. Це індустріальна міська екосистема.

Екосистеми можна також поділити на наземні і водні або на екосистеми, трофічні ланцюги яких починаються з продуцентів, і екосистеми, ланцюги живлення яких починаються з детритоядних організмів.

Класифікація екосистем

1. Наземні:
   1. Ліси — 28%
   2. Відкриті території — 17%
   3. Землі, що обробляються — 10%
   4. Пустелі й напівпустелі — 45%
2. Водні:
   1. Прісноводні
   2. Морські

Декілька слів окремо про агроекосистеми. Вони займають 10% території суходолу. Це штучні екосистеми на початкових стадіях сукцесійних перетворень. їх стабільність підтримується людиною. Це сад, город, пасовища, луки, теплиці.

Ч.Елтон писав, що дика природа характеризується стійкістю та стабільністю, чого не можна сказати про агроекосистеми.

Основні риси, що відрізняють агроекосистеми від природних екосистем:

1. Вони використовують, крім енергії Сонця, допоміжну енергію у вигляді енергії тварин, добрив, пестицидів, гербіцидів, сільськогосподарської техніки, мускульної енергії людини.
2. Біорізноманіття їх різко знижене. Це необхідно для того, щоб отримати максимальний вихід якоїсь однієї культури.
3. Домінують види рослин і тварин, що перебувають під впливом штучного, а не природного добору.
4. Стабільність агроценозів підтримується постійним вилученням біологічної продукції.
5. Агроекосистеми нестійкі. Вони не здатні до самовідновлення (гомеостазу).
6. У агроценозах найчастіше за все відбуваються «екологічні вибухи» — збільшення чисельності окремих видів комах, шкідників.

Наприклад, у XIX столітті в Ірландії фітофтора знищила весь урожай картоплі, внаслідок чого в країні був великий голод. Або, колорадський жук, який з 1920 року значно розповсюдився із заходу Європи на схід.

З екологічної точки зору вкрай небезпечно повністю перетворювати природні екосистеми на агроценози. Останні повинні чергуватись з лісовими смугами, перелісками.

Американський еколог Коммонер писав, що нічого не дається нам дарма. Розвиток землеробства призвів до ерозії ґрунтів, забруднення їх пестицидами, гербіцидами, мінеральними добривами, великої витрати палива.