Гетеротрофные организмы используют эти вещества либо непосредственно (второй трофический уровень), либо опосредованно (третий и более высокие трофические уровни)

Одними из важнейших видов ресурсов для существования всех видов живых организмов, в том числе и человека, являются пищевые ресурсы. Последние представляют собой органические вещества, создаваемые автотрофными организмами в процессах фотосинтеза и хемосинтеза (первичная продукция).Свойство биогеоценозов создавать органическое вещество в процессах фотосинтеза и хемосинтеза называется биологической продуктивностью.

Продуктивность Биосферы и ее использование человеком

Численность населения Земли в последние десятилетия годы быстро растет. Например, численность населения в 1 млрд. была достигнута только около 1830 г., 2 млрд., -- только через 100 лет -- в 1930 г; 3 млрд. – в 1960 г. В 1975 г. население Земли достигло 4 млрд. человек, т.е., для нового удвоения численности человечества понадобилось только 45 лет. 12 октября 1999 года по оценке ООН, на Земле родился ее 6-миллиардный житель. На конец 2004 г. численность населения Земли оценивается в 6,4 миллиарда человек.

Если существующие тенденции роста населения не изменятся, к 2030 году на Земле будут жить не менее 8 - 9 млрд человек (а по пессимистическим оценкам – свыше 10 – 12 млрд). Всех их необходимо обеспечить продуктами питания. Поэтому с начала 1960 годов приобрел особую актуальность вопрос о том, какое количество населения способна прокормить наша планета. В 1965-1975 годах под эгидой ЮНЕСКО выполнялась Международная биологическая программа (МБП). Ее основной целью стало изучение биологической продуктивности Биосферы Земли.

В ходе десятилетних исследований определена продуктивность всех природных зон Биосферы, на этой основе и рассчитаны суммарные ее значения. Значения чистой первичной продукции (ЧПП) важнейших биомов представлены в таблице.

В Биосфере в год создается приблизительно 170 млрд тонн органического вещества. Две трети этого количества производится на суше и лишь одна треть – в морях и океанах, хотя они покрывают почти три четверти поверхности планеты.

Природная зона	Суммарное значение ЧПП, млрд. т год^-1	ЧПП т км^2 год^-1	Годовой Р/B
Суша
Влажные тропические леса	37,4		0, 049
Сезонные тропические леса	12,0		0,046
Вечнозеленый умеренный лес	6,5		0,037
Листопадный умеренный лес	8,4		0,040
Тайга	9,6		0,040
Редколесье, кустарники	6,0		0,120
Саванна	13,5		0,225
Степи	5,4		0,386
Тундра и высокогорье	1,1		0,220
Пустыни и полупустыни	1,6		0,123
Бесплодные земли, скалы.	0,07		0,140
Сельскохозяйственные угодья	9,1		0,650
Болота	4,0		0,133
Реки и озера	0,5		0,100
Всего на суше			0,063
Океаны и моря
Открытый океан	41,5		41,5
Зоны апвеллинга	0,2		25,0
Шельфовые зоны	9,6		35,6
Коралловые рифы, заросли водорослей	1,6		1,33
Эстуарии	2,1		1,5
Всего в океане			14,1
Всего в Биосфере			0,092

Человеку в год необходимо в среднем около 250 кг пищи, а всему человечеству - 1,5 миллиарда тонн. В последние годы человек на Земле человек ежегодно изымает из Биосферы для своего пропитания свыше 1,7 миллиардов тонн пищевых продуктов растительного происхождения, что составляет 1 % от общей величины ее чистой первичной продукции. Это количество дает выращивание сельскохозяйственных культур, а также сбор дикорастущих растений, плодов, ягод, грибов и т.д.

На первый взгляд, пищи в Биосфере производится вполне достаточно не только для 6, но и для 60 и более млрд человек. Однако есть серьезные основания полагать, что емкость Биосферы для человека уже близка к исчерпанию. Это обусловлено целым рядом объективных биологических и экономических законов.

На Земле кроме человека живет еще около 3,5 млн. видов гетеротрофных организмов. Для них также необходимы пища и определенное жизненное пространство. Дальнейший рост народонаселения приведет к сокращению площадей естественных биотопов, что поставит многие виды под угрозу исчезновения, что может разрушить стабильность Биосферы.

Реальный сбор урожая всегда существенно ниже биологической продуктивности сельскохозяйственных угодий из-за неизбежных потерь при его сборе, транспортировке, хранении и т.д. Кроме того, его значительная часть (корневая система и т.д.) остаются в почве или идет в отходы или на непищевые цели (мякина и т.д.).

В высокоразвитых странах Западной Европы, США, Канаде, Австралии, Японии значительное количество продукции растениеводства используется на корм домашнему скоту. Например, в США поголовье крупного рогатого скота составляет в среднем 400 миллионов голов, что 1,5 раза превышает ее население. В развивающихся странах скот использует в основном продуктивность естественных биогеоценозов.

Человек разводит домашний скот потому, что в его рационе наряду с углеводами, в больших количествах содержащихся в растениях, должно быть не менее 20-30% белков, или не менее 150 - 200 г в день. Основной источник белков - мясо животных, птица, рыба, в некоторой степени яйца и молоко. В большинстве растительных продуктов (исключая сою) белков очень мало. Во многих развивающихся странах голод обусловлен не столько нехваткой пищи, как таковой (то есть необходимого числа калорий), сколько недостатком в ней белка («белковый голод»). Скот содержится также для получения шерсти и натуральной кожи. Кроме того, значительное количество мясной пищи в высокоразвитых странах потебляют домашние кошки и собаки.

Пойкилотермные организмы отличаются очень низкой экологический эффективностью роста. Значения К₁ у домашнего скота и птицы в лучшем случае составляет 0,01 -- 0,02, остальная часть энергии рациона не усваивается или расходуется в виде тепла. По ориентировочным оценкам домашний скот потребляет в среднем 5% чистой первичной продукции Биосферы, или 8,5 миллиарда тонн растительных кормов, или в 5 раз больше, чем человек.

При этом прирост массы домашнего скота составляет не более 800 млн тонн, из которых в пищу пригодно (в виде мяса, сала, молока яиц) не более половины от этого количества. Легко рассчитать, что на одного человека в день количество мясных продуктов не превысит 200 г в день, что практически совпадает с минимально необходимой нормой.

Всего человек вместе с домашним скотом и домашними животными используют в качестве пищи не менее 6% ЧПП Биосферы. Еще большая доля ЧПП (до 15%) изымается человеком для использования на непищевые цели. Это технические сельскохозяйственные культуры (хлопчатник, лен, конопля), использкемые для производства натуральных волокон, древесина, используемая для производства стройматериалов, мебели, бумаги, как топливо и т.д.

Таким образом, суммарная доля ЧПП Биосферы изымаемая человеком, составляет не менее 20% от ее общей величины. Считается, что этот предел изъятия является критическим, а некоторые специалисты полагают, он уже превысил критический уровень.

По законам трофических цепей из биогеоценоза за определенный период можно безболезненно изымать такое количество вещества, которое образовалось за этот период. Например, если вклад лежит в банке, то разумнее снимать с него проценты. Если увеличение изъятия первичной продукции из Биосферы будет проходить нынешними темпами, это в обозримом будущем приведет к непрогнозируемым изменениям в ней. Значение Биосферы в круговороте химических элементов

Элементарными структурными единицами Биосферы являются биогеоценозы, в которых происходят процессы трансформации энергии и круговорота веществ (биотический круговорот). Практически все химические элементы, находящиеся в Биосфере, участвуют в биотическом круговороте, однако поскольку в этом процессе наряду с живыми организмами большое значение имеют химические и геологические факторы, биотические круговороты часто называются биогеохимическими циклами.

Мы рассмотрим только круговороты важнейших биогенных элементов, которые имеют первостепенное значение для жизнедеятельности организмов и всей Биосферы – углерода, кислорода и азот.

Круговороты углерода и кислорода. Биогеохимические циклы обоих элементов тесно взаимосвязаны, поскольку они входят в состав углекислого газа и являются важнейшими компонентами всех органических соединений – углеводов, жиров и белков, нуклеиновых кислот, макроэргических соединений.

Углекислый газ и вода являются исходными веществами для процесса фотосинтеза, в результате которого в атмосферу поступает кислород. Образующиеся при этом органические вещества являются источником пищи для всех видов гетеротрофных организмов, в том числе и человека. Углерод – один из важнейших элементов органического топлива - угля, нефти, природного газа, торфа, дров и т.д.

Дата добавления: 2014-01-07