Ľudia každým rokom viac a viac vyčerpávajú zdroje planéty. Nie je prekvapujúce, že v poslednom čase nadobudlo veľký význam hodnotenie toho, koľko zdrojov môže poskytnúť konkrétna biocenóza. Dnes je produktivita ekosystému rozhodujúca pri výbere spôsobu riadenia, pretože ekonomická realizovateľnosť práce priamo závisí od množstva produkcie, ktorú je možné získať.
Tu sú hlavné otázky, ktorým dnes vedci čelia:
- Koľko slnečnej energie je k dispozícii a koľko ju asimilujú rastliny, ako sa to meria?
- Ktoré typy ekosystémov sú najproduktívnejšie a produkujú najviac primárnej produkcie?
- Aké faktory obmedzujú primárnu produkciu lokálne a globálne?
- Aká je účinnosť, s akou rastliny premieňajú energiu?
- Aké sú rozdiely medzi efektívnosťouasimilácia, čistejšia výroba a environmentálna efektívnosť?
- Ako sa ekosystémy líšia v množstve biomasy alebo objeme autotrofných organizmov?
- Koľko energie majú ľudia k dispozícii a koľko ju spotrebujeme?
Pokúsime sa na ne aspoň čiastočne odpovedať v rámci tohto článku. Najprv sa pozrime na základné pojmy. Produktivita ekosystému je teda proces akumulácie organickej hmoty v určitom objeme. Aké organizmy sú zodpovedné za túto prácu?
Autotrofy a heterotrofy
Vieme, že niektoré organizmy sú schopné syntetizovať organické molekuly z anorganických prekurzorov. Nazývajú sa autotrofy, čo znamená „samokŕmenie“. V skutočnosti produktivita ekosystémov závisí od ich aktivít. Autotrofy sa označujú aj ako prvovýrobcovia. Organizmy, ktoré sú schopné produkovať zložité organické molekuly z jednoduchých anorganických látok (voda, CO2), patria najčastejšie do triedy rastlín, ale rovnakú schopnosť majú aj niektoré baktérie. Proces, ktorým syntetizujú organické látky, sa nazýva fotochemická syntéza. Ako už názov napovedá, fotosyntéza vyžaduje slnečné svetlo.
Mali by sme spomenúť aj dráhu známu ako chemosyntéza. Niektoré autotrofy, najmä špecializované baktérie, dokážu premieňať anorganické živiny na organické zlúčeniny bez prístupu slnečného žiarenia. Existuje niekoľko skupín chemosyntetických látokbaktérie v morskej a sladkej vode a sú bežné najmä v prostrediach s vysokým obsahom sírovodíka alebo síry. Podobne ako rastliny nesúce chlorofyl a iné organizmy schopné fotochemickej syntézy, aj chemosyntetické organizmy sú autotrofy. Produktivita ekosystému je však skôr činnosťou vegetácie, pretože práve ona je zodpovedná za akumuláciu viac ako 90% organickej hmoty. Chemosyntéza hrá v tomto nepomerne menšiu úlohu.
Mnoho organizmov môže získať energiu, ktorú potrebujú, iba jedením iných organizmov. Nazývajú sa heterotrofy. V zásade medzi ne patria všetky rovnaké rastliny (tiež „jedia“hotové organické látky), zvieratá, mikróby, huby a mikroorganizmy. Heterotrofy sa tiež nazývajú „spotrebitelia“.
Úloha rastlín
Slovo „produktivita“sa v tomto prípade spravidla vzťahuje na schopnosť rastlín uchovávať určité množstvo organickej hmoty. A to nie je prekvapujúce, pretože iba rastlinné organizmy dokážu premeniť anorganické látky na organické. Bez nich by bol samotný život na našej planéte nemožný, a preto sa z tejto pozície posudzuje aj produktivita ekosystému. Vo všeobecnosti je otázka veľmi jednoduchá: koľko organickej hmoty môžu rastliny uložiť?
Ktoré biocenózy sú najproduktívnejšie?
Napodiv, ale človekom vytvorené biocenózy zďaleka nie sú najproduktívnejšie. V tomto smere džungle, močiare, selva veľkých tropických rieksú ďaleko vpredu. Navyše práve tieto biocenózy neutralizujú obrovské množstvo toxických látok, ktoré sa opäť dostávajú do prírody v dôsledku ľudskej činnosti a produkujú aj viac ako 70 % kyslíka obsiahnutého v atmosfére našej planéty. Mimochodom, v mnohých učebniciach sa stále uvádza, že najproduktívnejším „chlebníkom“sú pozemské oceány. Napodiv, ale toto tvrdenie je veľmi ďaleko od pravdy.
Ocean Paradox
Viete, s čím sa porovnáva biologická produktivita ekosystémov morí a oceánov? S polopúšťami! Veľké objemy biomasy sa vysvetľujú tým, že väčšinu povrchu planéty zaberajú vodné plochy. Takže opakovane predpovedané využívanie morí ako hlavného zdroja živín pre celé ľudstvo v nasledujúcich rokoch je sotva možné, pretože ekonomická realizovateľnosť je extrémne nízka. Nízka produktivita tohto typu ekosystémov však nijako neuberá na dôležitosti oceánov pre život všetkého živého, preto ich treba chrániť čo najšetrnejšie.
Moderní environmentalisti tvrdia, že možnosti poľnohospodárskej pôdy nie sú ani zďaleka vyčerpané a v budúcnosti z nich budeme môcť získať bohatšiu úrodu. Osobitné nádeje sa vkladajú do ryžových polí, ktoré môžu produkovať obrovské množstvo hodnotnej organickej hmoty vďaka svojim jedinečným vlastnostiam.
Základné informácie o produktivite biologických systémov
Celková produktivita ekosystémuje určená rýchlosťou fotosyntézy a akumulácie organických látok v konkrétnej biocenóze. Množstvo organickej hmoty, ktorá sa vytvorí za jednotku času, sa nazýva primárna výroba. Dá sa vyjadriť dvoma spôsobmi: buď v jouloch, alebo v sušine rastlín. Hrubá produkcia je jej objem vytvorený rastlinnými organizmami za určitú časovú jednotku pri konštantnej rýchlosti procesu fotosyntézy. Malo by sa pamätať na to, že časť tejto látky pôjde na životnú aktivitu samotných rastlín. Zostávajúca organická hmota je čistou primárnou produktivitou ekosystému. Je to ona, kto chodí kŕmiť heterotrofy, medzi ktoré patríš ty a ja.
Existuje „horná hranica“prvovýroby?
Skrátka áno. Poďme sa v rýchlosti pozrieť na to, aký efektívny je v princípe proces fotosyntézy. Pripomeňme, že intenzita slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch do veľkej miery závisí od polohy: maximálna návratnosť energie je charakteristická pre rovníkové zóny. S približovaním sa k pólom exponenciálne klesá. Približne polovica slnečnej energie sa odráža od ľadu, snehu, oceánov alebo púští a je absorbovaná plynmi v atmosfére. Napríklad ozónová vrstva atmosféry pohltí takmer všetko ultrafialové žiarenie! Len polovica svetla, ktoré dopadá na listy rastlín, sa využíva pri reakcii fotosyntézy. Takže biologická produktivita ekosystémov je výsledkom premeny zanedbateľnej časti slnečnej energie!
Čo je druhotná výroba?
Podľa toho sa nazývajú sekundárne produktyrast spotrebiteľov (teda spotrebiteľov) za určité obdobie. Samozrejme, produktivita ekosystému od nich závisí v oveľa menšej miere, no práve táto biomasa hrá v živote človeka najdôležitejšiu úlohu. Je potrebné poznamenať, že sekundárne organické látky sa počítajú samostatne na každej trofickej úrovni. Typy produktivity ekosystému sa teda delia na dva typy: primárny a sekundárny.
Pomer primárnej a sekundárnej produkcie
Ako asi tušíte, pomer biomasy k celkovej rastlinnej hmote je relatívne nízky. Dokonca aj v džungli a močiaroch toto číslo zriedka presahuje 6,5%. Čím viac bylín v spoločenstve, tým vyššia je miera akumulácie organickej hmoty a tým väčší rozdiel.
O rýchlosti a objeme tvorby organických látok
Vo všeobecnosti limitná rýchlosť tvorby organickej hmoty primárneho pôvodu úplne závisí od stavu fotosyntetického aparátu rastlín (PAR). Maximálna hodnota účinnosti fotosyntézy, ktorá bola dosiahnutá v laboratórnych podmienkach, je 12 % hodnoty PAR. V prírodných podmienkach sa hodnota 5 % považuje za extrémne vysokú a prakticky sa nevyskytuje. Predpokladá sa, že na Zemi asimilácia slnečného svetla nepresahuje 0,1 %.
Primárna produkčná distribúcia
Treba poznamenať, že produktivita prírodného ekosystému je na planéte extrémne nerovnomerná. Celková hmotnosť všetkej organickej hmoty, ktorá sa ročne vytvorí napovrchu Zeme, je asi 150-200 miliárd ton. Pamätáte si, čo sme povedali o produktivite oceánov vyššie? Takže 2/3 tejto látky sa tvoria na súši! Len si to predstavte: gigantické, neuveriteľné objemy hydrosféry tvoria trikrát menej organickej hmoty ako malá časť zeme, z ktorej veľkú časť tvoria púšte!
Viac ako 90 % nahromadenej organickej hmoty v tej či onej forme sa používa ako potrava pre heterotrofné organizmy. Len nepatrný zlomok slnečnej energie sa ukladá vo forme pôdneho humusu (ako aj ropy a uhlia, ktoré vznikajú dodnes). Na území našej krajiny sa nárast primárnej biologickej produkcie pohybuje od 20 centov na hektár (pri Severnom ľadovom oceáne) po viac ako 200 centov na hektár na Kaukaze. V púštnych oblastiach táto hodnota nepresahuje 20 c/ha.
Na piatich teplých kontinentoch nášho sveta je intenzita produkcie v zásade takmer rovnaká, takmer: v Južnej Amerike vegetácia vďaka výborným klimatickým podmienkam akumuluje jeden a pol krát viac sušiny. Tam je produktivita prírodných a umelých ekosystémov maximálna.
Čo živí ľudí?
Približne 1,4 miliardy hektárov na povrchu našej planéty tvoria plantáže pestovaných rastlín, ktoré nám poskytujú potravu. To je približne 10% všetkých ekosystémov na planéte. Napodiv, ale iba polovica výsledných produktov ide priamo do ľudskej potravy. Všetko ostatné sa používa ako krmivo pre domáce zvieratá a ide dopotreby priemyselnej výroby (nesúvisiace s výrobou potravinárskych výrobkov). Vedci už dlho bijú na poplach: produktivita a biomasa ekosystémov našej planéty nedokáže zabezpečiť viac ako 50 % potrieb ľudstva v oblasti bielkovín. Jednoducho povedané, polovica svetovej populácie žije v podmienkach chronického hladovania bielkovín.
Biocenózy – držitelia rekordov
Ako sme už povedali, rovníkové lesy sa vyznačujú najvyššou produktivitou. Len sa zamyslite: na jeden hektár takejto biocenózy môže pripadnúť viac ako 500 ton sušiny! A to zďaleka nie je limit. Napríklad v Brazílii jeden hektár lesa vyprodukuje 1200 až 1500 ton (!) organickej hmoty ročne! Len si pomyslite: na meter štvorcový sú až dva centy organickej hmoty! V tundre na tej istej ploche sa nevytvorí viac ako 12 ton a v lesoch stredného pásu - do 400 ton. Poľnohospodárske podniky v týchto častiach to aktívne využívajú: produktivita umelého ekosystému vo forme cukru trstinové pole, ktoré dokáže naakumulovať až 80 ton sušiny na hektár, nikde inde nedokáže fyzicky vyprodukovať také výnosy. Zátoky Orinoco a Mississippi, ako aj niektoré oblasti Čadu sa však od nich len málo líšia. Tu ekosystémy jeden rok „vydajú“až 300 ton látok na hektár plochy!
Results
Hodnotenie produktivity by sa teda malo vykonávať na základe primárnej látky. Faktom je, že druhotná produkcia nie je väčšia ako 10% tejto hodnoty, jej hodnota veľmi kolíše, a preto podrobná analýzatento indikátor je jednoducho nemožný.
