Чистая первичная продуктивность экосистем
Основополагающим объектом изучения экологии является взаимодействие пяти уровней организации материи: живые организмы, популяции, сообщества, экосистемы и биосфера..
Живой организм - это любая форма жизнедеятельности. Каждый живой организм или популяция (группа организмов одного вида) имеет свое местообитание: местность или тип местности, где они проживают. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемое биологическое сообщество (биоценоз). Примерами являются все растения, животные и деструкторы, произрастающие и проживающие в лесу, пруду, пустыне или в аквариуме.
Экосистема - это совокупность закономерно-связанных неживых (косных) и живых компонентов природы посредством обмена энергией. Веществом и информацией
Это вечно меняющаяся (динамичная) сеть биологических, химических и физических взаимодействий, которые поддерживают жизнеспособность сообществ и помогают им приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды.
Выделяют экосистемы различного ранга: от микроэкосистем (труп животного, разлагающийся пень, лужица, аквариум); мезоэкосистемы (лес, пруд, река и т.п.); макроэкосистемы или биомы(океан, континент, природные зоны) и глобальная экосистема – биосфера в целом. Таким образом, биосфера является системой систем более низкого ранга.
Биогеоценоз – (термин введен в науку В.Н.Сукачевым, 1942 г.) это устойчивая система живых (однотипное растительное сообщество, животные и микроорганизмы) и косных компонентов природы, взаимодействующих в пределах однородного участка земной поверхности с особым микроклиматом, геологическим строением, почвой и водным режимом. В состав любого биогеоценоза и экосистемы входят два блока – биоценоз и экотоп. Биоценоз – это совокупность взаимосвязанных организмов разного вида, которые входят популяциями. Экотоп -это совокупность неживых (косных) компонентов природы (воздуха, воды, почвы и климатических факторов), т.е. среда обитания биоценоза Границами между отдельными биогеоценозами являются либо горная гряда, либо водный раздел. Совокупность биогеоценоза и хозяйственной деятельности человека называют нообиоценозом.
Основные типы организмов, которые, формируют живые, или биотические, компоненты экосистемы, принято подразделять на продуцентов, консументов и редуцентов. Это разделение базируется на преобладающем способе питания организмов.
Продуценты - это организмы, производящие органические соединения, используемые ими как источник энергии и питательных веществ. Большинство продуцентов - зеленые растения, которые создают необходимые органические питательные вещества в процессе фотосинтеза. Растения используют солнечную энергию для получения углеводородов (например, глюкозы), крахмала и целлюлозы из углекислого газа и воды. При этом выделяется кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. Фотосинтез может быть представлен следующим образом:
6СО2 + 6Н2О + hν = С6Н12О6 + 6О2 .
Только продуценты способны сами производить для себя пищу, более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов. Большинство животных (в том числе и люди) получают питательные вещества, потребляют в пищу растения иди растительноядных животных; образно говоря, любое мясо - это трава.
Скорость, с которой растения экосистемы производят полезную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью растений. Она равняется скорости накопления химической энергии в биомассе в процессе фотосинтеза, за вычетом скорости, с которой растения используют некоторую часть этой энергии для аэробного клеточного дыхания, необходимого для их жизнедеятельности, роста и размножения.
Чистая первичная продуктивность обычно рассчитывается как количество энергии, созданной растениями на единице площади за единицу времени. Мы можем использовать эту величину для оценки потенциала создания растительного материала, необходимого в качестве пищи для животных и человека. Экологами было подсчитано значение среднегодовой чистой первичной продуктивности для основных наземных и водных экосистем.
Таблица 1.3 Оценка среднегодовой чистой продуктивности растений
| Название экосистемы | Среднегодовая чистая первичная продуктивность, (Дж/м2/год)∙10-6 |
| Эстуарии, болота, тропический лес | 37,2 |
| Лес умеренного климата | 24,2 |
| Тайга | 14,2 |
| Саванна | 12,5 |
| Сельскохозяйственные угодья | 11,3 |
| Леса и кустарники | 10,9 |
| Травы, озера и реки | 8,80 |
| Континентальный шельф | 6,27 |
| Тундра | 2,30 |
| Открытый океан | 1,88 |
| Кустарниковая пустыня | 0,25 |
| Пустыни | 0,10 |
Вывод о том, что нужно вырубить тропические леса и выращивать на их месте урожаи, а также использовать под сельскохозяйственные культуры эстуарии и болота, чтобы прокормить растущее население, ошибочный. Растения (в основном травы), произрастающие в эстуариях и на болотах, хотя и не пригодны в качестве пищи для человека, однако крайне важны как источники корма и места размножения для рыб, креветок и других водных животных, снабжающих нас белком. Поэтому мы должны не уничтожать, а охранять такие растения.
Факторы, определяющие устойчивость экосистем и биосферы: ассиметричность их строения; видовое многообразие; разнообразие экологических факторов; множество связей между экосистемами более низкого ранга; гомеостаз; согласованность скоростей круговоротов различных химических элементов.
Факторы, определяющие динамику и развитие экосистем и биосферы:цикличность процессов, протекающих в экосистемах; эволюция; сукцессия; круговорот веществ в природе.