Biologische productiviteit van het ecosysteem

2024 Auteur: Henry Conors | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-12 11:25

Elk jaar putten mensen de hulpbronnen van de planeet meer en meer uit. Het is niet verwonderlijk dat recentelijk een beoordeling van hoeveel middelen een bepaalde biocenose kan bieden, van groot belang is geworden. Tegenwoordig is de productiviteit van het ecosysteem van doorslaggevend belang bij het kiezen van een manier van beheren, aangezien de economische haalbaarheid van het werk rechtstreeks afhangt van de hoeveelheid productie die kan worden verkregen.

Dit zijn de belangrijkste vragen waarmee wetenschappers vandaag worden geconfronteerd:

• Hoeveel zonne-energie is er beschikbaar en hoeveel wordt door planten opgenomen, hoe wordt dit gemeten?
• Welke soorten ecosystemen zijn het meest productief en produceren de meeste primaire productie?
• Welke factoren beperken de primaire productie lokaal en wereldwijd?
• Wat is de efficiëntie waarmee planten energie omzetten?
• Wat zijn de verschillen tussen efficiëntieassimilatie, schonere productie en milieu-efficiëntie?
• Hoe verschillen ecosystemen in de hoeveelheid biomassa of het volume van autotrofe organismen?
• Hoeveel energie is er beschikbaar voor mensen en hoeveel verbruiken we?

We zullen proberen ze in het kader van dit artikel op zijn minst gedeeltelijk te beantwoorden. Laten we eerst de basisconcepten behandelen. De productiviteit van een ecosysteem is dus het proces van accumulatie van organisch materiaal in een bepaald volume. Welke organismen zijn verantwoordelijk voor dit werk?

Autotrofen en heterotrofen

We weten dat sommige organismen in staat zijn om organische moleculen te synthetiseren uit anorganische voorlopers. Ze worden autotrofen genoemd, wat 'zelfvoedend' betekent. Eigenlijk hangt de productiviteit van ecosystemen af van hun activiteiten. Autotrofen worden ook wel primaire producenten genoemd. Organismen die complexe organische moleculen kunnen produceren uit eenvoudige anorganische stoffen (water, CO2) behoren meestal tot de plantenklasse, maar sommige bacteriën hebben hetzelfde vermogen. Het proces waarmee ze organische stoffen synthetiseren, wordt fotochemische synthese genoemd. Zoals de naam al doet vermoeden, heeft fotosynthese zonlicht nodig.

We moeten ook de route noemen die bekend staat als chemosynthese. Sommige autotrofen, voornamelijk gespecialiseerde bacteriën, kunnen anorganische voedingsstoffen omzetten in organische verbindingen zonder toegang tot zonlicht. Er zijn verschillende groepen chemosynthetischebacteriën in zee en zoet water, en ze komen vooral veel voor in omgevingen met een hoog geh alte aan waterstofsulfide of zwavel. Net als chlorofyl-dragende planten en andere organismen die in staat zijn tot fotochemische synthese, zijn chemosynthetische organismen autotrofen. De productiviteit van het ecosysteem is echter eerder de activiteit van de vegetatie, aangezien zij verantwoordelijk is voor de accumulatie van meer dan 90% van de organische stof. Chemosynthese speelt daarbij een onevenredig kleinere rol.

Ondertussen kunnen veel organismen de energie die ze nodig hebben alleen krijgen door andere organismen te eten. Ze worden heterotrofen genoemd. Dit zijn in principe allemaal dezelfde planten (ze “eten” ook kant-en-klaar organisch materiaal), dieren, microben, schimmels en micro-organismen. Heterotrofen worden ook wel "consumenten" genoemd.

De rol van planten

In de regel verwijst het woord 'productiviteit' in dit geval naar het vermogen van planten om een bepaalde hoeveelheid organisch materiaal op te slaan. En dit is niet verwonderlijk, aangezien alleen plantaardige organismen anorganische stoffen kunnen omzetten in organische. Zonder hen zou het leven zelf op onze planeet onmogelijk zijn, en daarom wordt de productiviteit van het ecosysteem vanuit deze positie bekeken. Over het algemeen is de vraag uiterst eenvoudig: hoeveel organisch materiaal kunnen planten dan opslaan?

Welke biocenoses zijn het meest productief?

Vreemd genoeg, maar door de mens gemaakte biocenoses zijn verre van de meest productieve. Jungles, moerassen, selva van grote tropische rivieren in dit opzichtzijn ver vooruit. Bovendien zijn het deze biocenoses die een enorme hoeveelheid giftige stoffen neutraliseren, die opnieuw de natuur binnendringen als gevolg van menselijke activiteit, en ook meer dan 70% van de zuurstof in de atmosfeer van onze planeet produceren. Trouwens, in veel leerboeken staat nog steeds dat de oceanen van de aarde de meest productieve "broodmand" zijn. Vreemd genoeg, maar deze verklaring is ver bezijden de waarheid.

Ocean Paradox

Weet je waarmee de biologische productiviteit van de ecosystemen van de zeeën en oceanen wordt vergeleken? Met halfwoestijnen! Grote hoeveelheden biomassa worden verklaard door het feit dat wateroppervlakken het grootste deel van het aardoppervlak innemen. Het herhaaldelijk voorspelde gebruik van de zeeën als belangrijkste bron van nutriënten voor de hele mensheid in de komende jaren is dus nauwelijks mogelijk, aangezien de economische haalbaarheid hiervan extreem laag is. De lage productiviteit van dit type ecosysteem doet echter niets af aan het belang van de oceanen voor het leven van alle levende wezens, dus ze moeten zo zorgvuldig mogelijk worden beschermd.

Moderne milieuactivisten zeggen dat de mogelijkheden van landbouwgrond nog lang niet zijn uitgeput en dat we er in de toekomst meer overvloedige oogsten van zullen kunnen krijgen. Bijzondere hoop wordt gevestigd op rijstvelden, die vanwege hun unieke eigenschappen een enorme hoeveelheid waardevolle organische stof kunnen produceren.

Basisinformatie over de productiviteit van biologische systemen

Algehele ecosysteemproductiviteitwordt bepaald door de snelheid van fotosynthese en accumulatie van organische stoffen in een bepaalde biocenose. De massa organische stof die per tijdseenheid ontstaat, wordt primaire productie genoemd. Het kan op twee manieren worden uitgedrukt: ofwel in Joules, ofwel in de droge massa van planten. Brutoproductie is het volume dat door plantaardige organismen in een bepaalde tijdseenheid wordt gecreëerd, met een constante snelheid van het fotosyntheseproces. Er moet aan worden herinnerd dat een deel van deze stof naar de vitale activiteit van de planten zelf gaat. De resterende organische stof is de netto primaire productiviteit van het ecosysteem. Zij is het die heterotrofen gaat voeren, waaronder jij en ik.

Is er een "bovengrens" voor de primaire productie?

Kortom, ja. Laten we eens kijken hoe efficiënt het proces van fotosynthese in principe is. Bedenk dat de intensiteit van de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt sterk afhankelijk is van de locatie: de maximale energieteruggave is kenmerkend voor de equatoriale zones. Het neemt exponentieel af naarmate het de polen nadert. Ongeveer de helft van de zonne-energie wordt gereflecteerd door ijs, sneeuw, oceanen of woestijnen en geabsorbeerd door gassen in de atmosfeer. Zo absorbeert de ozonlaag van de atmosfeer bijna alle ultraviolette straling! Slechts de helft van het licht dat op de bladeren van planten v alt, wordt gebruikt in de fotosynthesereactie. Dus de biologische productiviteit van ecosystemen is het resultaat van het omzetten van een onbeduidend deel van de zonne-energie!

Wat is secundaire productie?

Dienovereenkomstig worden secundaire producten genoemdde groei van consumenten (dat wil zeggen consumenten) gedurende een bepaalde periode. Natuurlijk hangt de productiviteit van het ecosysteem er in veel mindere mate van af, maar het is deze biomassa die de belangrijkste rol speelt in het menselijk leven. Opgemerkt moet worden dat secundaire organische stoffen afzonderlijk worden berekend op elk trofisch niveau. De typen ecosysteemproductiviteit zijn dus verdeeld in twee typen: primair en secundair.

Ratio van primaire en secundaire productie

Zoals je zou kunnen raden, is de verhouding tussen biomassa en totale plantmassa relatief laag. Zelfs in de jungle en moerassen is dit cijfer zelden hoger dan 6,5%. Hoe meer kruidachtige planten in de gemeenschap, hoe hoger de accumulatie van organisch materiaal en hoe groter de discrepantie.

Over de snelheid en het volume van de vorming van organische stoffen

Over het algemeen hangt de beperkende snelheid van vorming van organisch materiaal van primaire oorsprong volledig af van de toestand van het fotosynthetische apparaat van planten (PAR). De maximale waarde van fotosynthese-efficiëntie, die werd bereikt in laboratoriumomstandigheden, is 12% van de PAR-waarde. Onder natuurlijke omstandigheden wordt een waarde van 5% als extreem hoog beschouwd en komt deze praktisch niet voor. Er wordt aangenomen dat de assimilatie van zonlicht op aarde niet groter is dan 0,1%.

Primaire productiedistributie

Opgemerkt moet worden dat de productiviteit van het natuurlijke ecosysteem extreem ongelijk is over de hele planeet. De totale massa van alle organische stof die jaarlijks wordt gevormd opoppervlak van de aarde, is ongeveer 150-200 miljard ton. Weet je nog wat we zeiden over de productiviteit van de oceanen hierboven? Dus 2/3 van deze stof wordt gevormd op het land! Stel je voor: gigantische, ongelooflijke volumes van de hydrosfeer vormen drie keer minder organische stof dan een klein deel van het land, waarvan een groot deel woestijnen!

Meer dan 90% van de opgehoopte organische stof in een of andere vorm wordt gebruikt als voedsel voor heterotrofe organismen. Slechts een klein deel van de zonne-energie wordt opgeslagen in de vorm van bodemhumus (evenals olie en steenkool, die tot op de dag van vandaag worden gevormd). Op het grondgebied van ons land varieert de toename van de primaire biologische productie van 20 centners per hectare (bij de Noordelijke IJszee) tot meer dan 200 centners per hectare in de Kaukasus. In woestijngebieden is deze waarde niet hoger dan 20 c/ha.

In principe is de intensiteit van de productie op de vijf warme continenten van onze wereld praktisch hetzelfde, bijna: in Zuid-Amerika verzamelt de vegetatie anderhalf keer meer droge stof als gevolg van uitstekende klimatologische omstandigheden. Daar is de productiviteit van natuurlijke en kunstmatige ecosystemen maximaal.

Wat voedt mensen?

Ongeveer 1,4 miljard hectare op het oppervlak van onze planeet zijn plantages van gecultiveerde planten die ons van voedsel voorzien. Dit is ongeveer 10% van alle ecosystemen op aarde. Vreemd genoeg gaat slechts de helft van de resulterende producten rechtstreeks naar menselijke voeding. Al het andere wordt gebruikt als voedsel voor huisdieren en gaat naarde behoeften van industriële productie (niet gerelateerd aan de productie van voedingsproducten). Wetenschappers luiden al heel lang de noodklok: de productiviteit en biomassa van de ecosystemen van onze planeet kunnen niet meer dan 50% van de menselijke behoefte aan eiwitten dekken. Simpel gezegd, de helft van de wereldbevolking leeft onder chronische eiwittekorten.

Biocenose-recordhouders

Zoals we al zeiden, worden equatoriale bossen gekenmerkt door de hoogste productiviteit. Denk er eens over na: er kan meer dan 500 ton droge stof vallen op een hectare van zo'n biocenose! En dit is verre van de limiet. In Brazilië bijvoorbeeld produceert één hectare bos 1200 tot 1500 ton (!) organische stof per jaar! Denk maar aan: er zijn tot twee centen organische stof per vierkante meter! In de toendra op hetzelfde gebied wordt niet meer dan 12 ton gevormd, en in de bossen van de middelste gordel - binnen 400 ton. Agrarische ondernemingen in die delen gebruiken dit actief: de productiviteit van een kunstmatig ecosysteem in de vorm van een suiker rietveld, dat tot 80 ton droge stof per hectare kan ophopen, kan nergens anders fysiek zulke opbrengsten produceren. De baaien van Orinoco en Mississippi, evenals sommige gebieden van Tsjaad, verschillen echter weinig van hen. Hier "geven" ecosystemen een jaar lang tot 300 ton stoffen per hectare oppervlakte uit!

Resultaten

De evaluatie van de productiviteit moet dus worden uitgevoerd op basis van de primaire stof. Feit is dat secundaire productie niet meer dan 10% van deze waarde is, de waarde ervan sterk fluctueert, en daarom een gedetailleerde analysedeze indicator is gewoon onmogelijk.