Продуктивность экосистем

В процессе жизнедеятельности различных организмов в экосистеме создается и расходуется органическое вещество. Поэтому каждая экосистема обладает определенной продуктивностью.

Продуктивность экосистем − это масса органического вещества, образованного в единицу времени на единице жизненного пространства, то есть скорость образования органического вещества.

Различают первичную (валовую и чистую) и вторичную продуктивность.

Валовая первичная продуктивность − количество вещества, образованное всеми продуцентами экосистемы на единице площади (объема) в единицу времени.

Чистая первичная продуктивность − все образованное продуцентами вещество за вычетом расходов на дыхание. Чистую первичную продуктивность определяют простым измерением массы всего вещества, образованного продуцентами. Валовую продуктивность определить сложнее, для этого чистую продуктивность складывают с найденными расходами на дыхание. У травянистых растений расходы на дыхания составляют 40−50%, у деревьев 70−80%, у животных − более 50 %. Расходы на дыхание зависят от возраста особи: у молодых много энергии идет на рост организма, взрослые особи используют энергию пищи в основном для дыхания (совершения физических действий).

Органическое вещество, составляющее чистую первичную продуктивность, может быть использовано организмами−консументами.

Вторичная продуктивность − продуктивность консументов − количество вещества, созданное консументами за счет первичной продуктивности. Поскольку консументы лишь используют созданные ранее питательные вещества, вторичная продуктивность не делится на валовую и чистую. Вторична продуктивность на каждом трофическом уровне составляет около 10% (у хищных видов может быть до 20%).

Если солнечную энергию обозначить за 100%, то:

валовая первичная продуктивность составит около 1%;

чистая первичная продуктивность − примерно 0,5% (50% от валовой);

вторичная продуктивность − 0,05−0,005 (или 1−10% от чистой первичной).

Пример расчета продуктивности экосистемы.

1 Га леса воспринимает 2,1·10⁹кДж солнечной энергии. Накопленное продуцентами вещество (чистая первичная продуктивность) содержит 1,1·10⁷кДж энергии. Вторичная продуктивность в этом случае составляет 10⁵кДж энергии. При перемещении по трофической цепи происходит дальнейшее снижение доступной энергии. (Поэтому, например, для образования 1 кг биомассы растительноядного животного расходуется около 70−80 кг травы.) Следует отметить, что при переходе к следующему трофическому уровню уменьшается количество, но увеличивается качество энергии.

Графически соотношение продуктивности различных звеньев трофической цепи принято изображать в виде экологических пирамид. Различают пирамиды чисел, биомассы и энергии (в зависимости от того, в каких единицах выражена продуктивность). Экологические пирамиды изображают в виде поставленных друг на друга прямоугольников одинаковой высоты, длина которых соответствует количеству продукции на каждом трофическом уровне (рис.11)

Рис.11. Графическое изображение трофической цепи

Пирамиды чисел. В любой экосистеме количество мелких животных превышает количество крупных. Хищники охотятся на жертвы определенного размера: слишком крупное животное хищник не может поймать (исключение составляет охота стаей), а на мелкую добычу охотиться не имеет смысла − пришлось бы ловить в очень больших количествах, тратя много сил и времени.

В некоторых случаях пирамиды чисел могут иметь обращенный (неклассический) вид. Например, если насекомые питаются биомассой деревьев, пирамида чисел имеет обращенный вид.

Пирамиды биомассы несколько лучше, чем пирамиды чисел отражают соотношение звеньев в трофической цепи. В ней показано количественное соотношение биомасс. Существуют обращенные пирамиды биомасс, характерные для тех случаев, когда биомасса организмов низших уровней меньше биомассы организмов высших трофических уровней. Например, для океана пирамиды биомассы имеют перевернутый вид, так как там значительная часть вещества накапливается в телах растительноядных и хищных животных, с большим сроком жизни и малой скоростью размножения.

Пирамиды энергии лучше всего отражают распределение энергии на всех трофических уровнях. Эти пирамиды никогда не бывают обращенными (перевернутыми), так количество доступной энергии на каждом следующем уровне меньше, чем на предыдущем.

Данные по численности обычно приводят к переоценке роли крупных организмов. В отличие от этого поток энергии позволяет достоверно сравнивать одни компоненты сообщества с другими.

Продуктивность экосистем определяется отношением образуемой биомассы (Р) к расходам на дыхание (R) (P/R). Если это отношение больше единицы, то биомасса увеличивается − наблюдается рост продуктивности; если отношение P/R меньше единицы, то биомасса и продуктивность снижаются. В наиболее стабильных сообществах наблюдается равенство P и R, то есть вся созданная продукция потребляется, ничего не откладывается в почве. Этим объясняется низкая плодородность сельскохозяйственных угодий, разбитых на месте устойчивых экосистем (например, вырубленных тропических лесов). Но в большинстве экосистем Р превышает R, в результате чего большая масса органического вещества откладывается про запас.

Приток в экосистему энергии извне, от различных природных и антропогенных источников, увеличивает продуктивность. Например, высокая продуктивность прибрежных зон объясняется привлечением дополнительной энергии приливов и отливов, продуктивность влажных лесов − энергией дождя и ветра. Высокая продуктивность сельскохозяйственных угодий поддерживается за счет затрат энергии на обработку земель, удобрение, орошение, борьбу с вредителями. Наоборот, утечка энергии в связи с неблагоприятными условиями, загрязнением и т.д. уменьшает продуктивность.

Дата добавления: 2015-05-26