Первичная продукция

Когда исследователь задается вопросом: с какой скоростью данная биосистема воспроизводит себя или производит определенный продукт, он сталкивается с проблемой биопродктивности.

Термин продуктивность издавна используется в сельском хозяйстве применительно к домашним животным и культурным растениям. В общей экологии этот термин стали употреблять в более широком смысле. При этом понятие продуктивности, применявшееся к особям и группам особей, распространили на более широкий круг биологических систем, включая сообщества различной сложности.

Любой органический продукт (компонент общей продукции) находит своего потребителя в живой природе. Выпадение вещества из круговорота происходит только в результате недоступности для потенциального потребителя. Поэтому широкий экологический подход к проблеме биопродуктивности заставляет учитывать все, что производит та или иная биологическая система. Без изучения скоростей воспроизводства отдельных звеньев сложных сообществ невозможно глубокое раскрытие картины функционирования природных экосистем.

С проблемой продуктивности тесно связаны и такие «побочные» направления проблемы ресурсов, как оценка ресурсов устойчивости и самоочищения среды. Перенос и трансформация разного рода загрязнений в природе в большой мере происходят при участии живых организмов. Скорости этих процессов определяются скоростями эколого-физиологических процессов, раскрываемыми в ходе изучения продуктивности. Что касается устойчивости экосистем, то наиболее легко ранимыми и ключевыми звеньями являются сообщества живых организмов. Устойчивость последних также в большой мере связана с уровнем их эколого-физиологической активности.

Основные понятия и показатели продуктивности

Задача изучения продуктивности состоит в выяснении скорости, с которой разные биосистемы в тех или иных условиях производят (или могут производить) подобное себе вещество, используя для этого ассимилированные соединения и энергию. Любая биологическая система существует лишь при непрерывном обмене веществ с окружающей средой. Разрушение и убыль возмещаются воспроизводством массы характерного для данной системы состава.

Продуктивность биологической системы – ее способность производить подобное себе вещество.

Все биосистемы обладают продуктивностью, и системы одного типа сравнивают по уровню продуктивности (скорости продуцирования), о чем судят по величинам продукционных показателей. К основным продукционным показателям относятся продукция и удельная продукция.

Продуктивность первичная валовая (или валовый фотосинтез) – общее количество ОВ, продуцируемого автотрофами в процессе фотосинтеза в течение определенного периода времени, включая ту органику, которая расходуется на дыхание.

Продуктивность первичная чистая – это разница между валовой первичной продукцией и количеством вещества, израсходованного на поддержание системы, на дыхание и пр. Это запасаемое автотрофными организмами ОВ, которое идет на рост фитомассы.

Продукция есть все произведенное данной биосистемой за рассматриваемое время вещество с вычетом трат на обмен, независимо от ого, находится ли оно в конце исследуемого периода в системе или элиминировано.

Обычно подразумевается ОВ, синтезированное системой, но оценка продукции чаще всего производится в терминах «живой массы», включая скелетные и другие подобные образования (например, створки кремневого панциря диатомовых, или раковина моллюсков). Отсюда очевидно, что к продукции относят все образовавшееся в ней вещество, входящее в «живую массу» системы.

Продукция первичная – биомасса или энергия, накопленная продуцентами за единицу времени на единицу пространства (валовая и чистая ПП). Характеризует исходный уровень биологической продуктивности биоценозов. У планктонных водорослей на дыхание используется 15%, у травянистых растений – 40-50%, у деревьев – 70-80% валовой первичной продукции.

Продукция валовая, или общая биологическая продукция, суммарная скорость образования ОВ популяцией или сообществом (биоценозом) за определенный промежуток времен на единицу пространства.

Общая первичная продукция экосистемы (или брутто-продукция) – суммарное количество ОВ и энергии, фиксируемое всеми автотрофами экосистемы.

Для детального изучения продукционного процесса в биосистеме необходимо получить информацию в масштабе времени, характерном для индивидуального существования системы и ее основных компонентов. Так, для микроорганизмов, одноклеточных водорослей или коловраток невозможно изучать продукцию сразу за год и даже месяц, тогда как для многоклеточных водорослей и многолетних животных такой подход вполне возможен.

С целью сравнения наиболее удобно в качестве основной единицы времени использовать сутки. В любом случае необходимо указывать какая (по времени) продукция изучается: суточная, месячная. Годовая и т.п. Поскольку продукция измеряется или вычисляется за определенный период времени, принимаемый за единицу, она может одновременно рассматриваться и как скорость продукции (скорость продуцирования). В общем случае продукцию и скорость продукции рассматривают как синонимы.

Помимо временных продукция имеет также пространственные границы. Так, изучают продукцию популяций в их ареалах, сообществ в границах соответствующих биотопов, на квадратном метре поверхности, в кубометре воды.

Удельная продукция – продукция за единицу времени в пересчете на единицу биомассы продуцирующей биосистемы.

Причем расчет удельной продукции производится обязательно на единицу средней биомассы. В зависимости от избранной единицы времени получают часовую, суточную, месячную, годовую удельную продукцию. Наиболее приемлемым сравнительным показателем является суточная удельная продукция. Сравнение проводится как по величинам продукции, так и по удельной продукции (Табл. 1).

Таблица 1. Сравнительная суточная удельная продуктивность массовых представителей основных структурных компонентов экосистемы Черного моря

Фитопланктон 1,828-2,967 сут^-1

Зоопланктон 0,484-1,042 сут^-1

Макрофитобентос 0,008-0,017 сут^-1

Макрозообентос 0,011-0,017 сут^-1

Знание динамики биомассы и характера изменений удельной продукции позволяет легко оценить продукцию. Поскольку данные о биомассе системы получают почти при любом гидробиологическом исследовании, в центре внимания исследователя неизменно оказывается удельная продукция.

Дата добавления: 2015-05-08